BRPI0707332B1

BRPI0707332B1 - Apparatus for connecting or disconnecting threaded tubular elements and method for making a threaded connection between tubular elements

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Publication number: BRPI0707332B1
Authority: BR
Publication date: 2017-09-05

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APARELHO PARA CONECTAR OU DESCONECTAR ELEMENTOS TUBULARES ROSQUEADOS E MÉTODO PARA FAZER UMA CONEXÃO ROSQUEADA ENTRE ELEMENTOS TUBULARES".Report of the Invention Patent for "APPARATUS FOR CONNECTING OR DISCONNECTING THREADED TUBULAR ELEMENTS AND METHOD FOR MAKING A THREADED CONNECTION BETWEEN TUBULAR ELEMENTS".

Antecedentes da Invenção Campo da Invenção A presente invenção refere-se a um processo e aparelho para conectar e desconectar elementos tubulares rosqueados para ou de uma coluna tubular em um furo de sondagem.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for connecting and disconnecting threaded tubular members to or from a tubular column in a borehole.

Antecedentes da Técnica relacionada O processo de perfurar e instalar tubagens em um furo de sondagem requer a conexão ou interligação de inúmeras seções de elementos tubulares, tal como tubo de sondagem ou tubos de revestimento. Estas seções de tubulares podem ser juntas individuais ou colunas de múltiplas juntas. À medida que um furo de sondagem se aprofunda, mais elementos tubulares têm de ser conectados de forma rosqueada sobre a coluna. Por conseguinte, o processo de conectar de forma rosqueada elementos tubulares desempenha um papel importante das operações de perfuração do poço e consome uma quantidade significativa de tempo e equipamento. Além disso, uma coluna tubular pode necessitar ser removida do furo de sondagem por uma variedade de razões, tal como a troca de uma broca ou devido ao ros-queamento transversal da coluna de tubagem. Por conseguinte, a desconexão ou separação de muitas seções tubulares também desempenha um papel importante das operações de sondagem.Related Art Background The process of drilling and installing pipelines in a drillhole requires the connection or interconnection of numerous sections of tubular elements, such as drill pipe or casing pipes. These tubular sections can be single joints or multiple joint columns. As a drill hole deepens, more tubular elements must be threaded onto the column. Therefore, the process of threading tubular elements plays an important role in well drilling operations and consumes a significant amount of time and equipment. In addition, a tubular column may need to be removed from the borehole for a variety of reasons, such as changing a drill bit or due to the transverse tapping of the tubing column. Therefore, disconnection or separation of many tubular sections also plays an important role in drilling operations.

Para aperfeiçoar a qualidade de conexões rosqueadas e fazer uso eficiente de dispendioso equipamento perfurador, inúmeros tipos diferentes de tenazes mecânicos foram desenvolvidos. Por exemplo, a patente US N° 5 386 746 descreve um aparelho para acoplar e separar elementos tubulares de poços de sondagem que incluem uma armação suportando até três mandíbulas mecânicas alinhadas verticalmente entre si. O conjunto central de mandíbulas mecânicas é orientado inversamente em relação aos conjuntos superior e inferior de mandíbulas mecânicas e coopera com o conjunto superior ou com o conjunto inferior para efetuar o torque. A patente US N° 6 634 259 descreve uma tenaz automática munida de uma pluralidade de mandíbulas acionadoras e de um girador mecânico para girar os elementos tubulares de perfuração de poço. O girador mecânico gira um elemento tubular a uma velocidade relativamente alta, porém, com um torque relativamente baixo enquanto mantendo outro elemento tubular fixado com uma das mandíbulas acionadoras. O processo de rotação prossegue até os dois elementos tubulares rosqueados entrarem em relação de encontro, por exemplo até um ressalto de pino se engatar com o rebordo da caixa. Após o encontro, o girador mecânico é detido e duas das mandíbulas mecânicas são usadas para aplicar um torque elevado à conexão ou junta de uma maneira bem-conhecida para que a junta seja firmemente fixada e selada. A aplicação do torque elevado continua para girar os elementos tubulares entre si, porém, a uma velocidade de rotação muito baixa. Todavia, uma vez que os elementos tubulares entrarem em encontro, somente um pequeno grau de rotação adicional se faz necessário para completar a conexão. De maneira idêntica, ao desfazer as junções, duas mandíbulas mecânicas aplicam um torque elevado para inicialmente desfazer a conexão. Então o elemento de rotação mecânico gira um tubular com respeito a outro tubular sujeito por uma mandíbula mecânica até a conexão rosqueada ser completamente desconectada. Desta maneira, a conexão pode ser rapidamente completada ou desfeita para economizar considerável tempo e dinheiro durante a perfuração de um poço. O que se faz necessário é um aparelho que possa tanto girar uma tubular para estabelecer uma conexão rosqueada como aplicar um valor de torque final à conexão rosqueada. Haveria conveniência em dispor de um aparelho dessa natureza que fosse mais simples e ocupasse menos espaço.To improve the quality of threaded connections and make efficient use of expensive drilling equipment, numerous different types of mechanical tongs have been developed. For example, U.S. Patent No. 5,386,746 describes an apparatus for coupling and separating tubular elements from boreholes that include a frame supporting up to three vertically aligned mechanical jaws. The central mechanical jaw assembly is oriented inversely to the upper and lower mechanical jaw assemblies and cooperates with the upper or lower assembly to effect torque. U.S. Patent No. 6,634,259 describes an automatic tongs provided with a plurality of drive jaws and a mechanical spinner to rotate the tubular well drilling elements. The mechanical spinner rotates a tubular element at a relatively high speed, but with relatively low torque while holding another tubular element fixed with one of the drive jaws. The rotation process continues until the two threaded tubular members meet, for example until a pin shoulder engages the housing lip. After the encounter, the mechanical spinner is stopped and two of the mechanical jaws are used to apply high torque to the joint or joint in a well known manner so that the joint is securely fastened and sealed. The application of the high torque continues to rotate the tubular elements with each other, but at a very low rotation speed. However, once the tubular elements meet, only a small additional degree of rotation is required to complete the connection. Similarly, when undoing the joints, two mechanical jaws apply high torque to initially undo the connection. Then the mechanical rotating member rotates one tubular with respect to another tubular subjected by a mechanical jaw until the threaded connection is completely disconnected. This way, the connection can be quickly completed or undone to save considerable time and money while drilling a well. What is needed is an apparatus that can either turn a tubular to establish a threaded connection or apply a final torque value to the threaded connection. It would be convenient to have such a device that was simpler and took up less space.

Sumário da Presente Invenção A presente invenção inclui um aparelho ou chave de boca giratória para conectar elementos tubulares rosqueados. O aparelho compreende um par de braços pivotavelmente acoplados por uma extremidade distai; um primeiro deslocador fixado ao par de braços para seletivamente deslocar uma região proximal do par de braços para uma posição aberta para receber ou extrair um elemento tubular e para uma posição fechada para se engatar com e girar um elemento tubular; três ou mais cilindros fixados de forma rotativa à região proximal do par de braços com pelo menos um cilindro fixado a cada braço, os cilindros coletivamente adaptados para estenderem-se a-través de pelo menos 180 graus da circunferência de um elemento tubular e engatados entre os braços na posição fechada, no qual pelo menos um dos cilindros é um cilindro acionador para girar um elemento tubular, duas ou mais mandíbulas fixadas à região proximal do par de braços com pelo menos uma mandíbula fixada a cada braço, as mandíbulas coletivamente se estendendo por pelo menos 180 graus da circunferência tubular para seletivamente fixar um elemento tubular com os braços na posição fechada; e um segundo deslocador fixado entre a extremidade distai do par de braços e uma estrutura fixa, no qual a estrutura fixa é posicionada de forma que o a-cionamento do segundo deslocador aplica uma força geralmente tangencial para aplicar um valor de torção final a um elemento tubular sujeitado pelas mandíbulas. Os primeiro e segundo deslocadores podem ser independentemente selecionados dentre um cilindro hidráulico, um cilindro pneumático, um macaco, e um guincho.Summary of the Present Invention The present invention includes an apparatus or a wrench for connecting threaded tubular members. The apparatus comprises a pair of arms pivotably coupled by a distal end; a first displacer fixed to the pair of arms to selectively move a proximal region of the pair of arms to an open position to receive or extract a tubular member and to a closed position to engage and rotate a tubular member; three or more cylinders rotatably attached to the proximal region of the pair of arms with at least one cylinder attached to each arm, the cylinders collectively adapted to extend through at least 180 degrees of the circumference of a tubular member and engaged between the arms in the closed position, in which at least one of the cylinders is a drive cylinder for rotating a tubular member, two or more jaws attached to the proximal region of the pair of arms with at least one jaw attached to each arm, the jaws collectively extending by at least 180 degrees of tubular circumference to selectively secure a tubular member with the arms in the closed position; and a second displacer fixed between the distal end of the pair of arms and a fixed structure, in which the fixed structure is positioned such that the drive of the second displacer applies a generally tangential force to apply a final twist value to an element. tubular tube subjected to the jaws. The first and second shifters can be independently selected from a hydraulic cylinder, a pneumatic cylinder, a jack, and a winch.

Uma tenaz de contra-força previne que o tronco, ou extremidade proximal da coluna tubular, gire durante a aplicação de torque pela chave de boca giratória ao segmento tubular sendo adicionado à coluna tubular. Opcionalmente, a tenaz de contra-força pode ser operada manualmente, pneumaticamente ou hidraulicamente. A tenaz de contra-força pode ser fixada utilizando um cabo de fixação de apoio a uma estrutura fixa para se opor ao torque da chave de boca giratória, ou ela pode ser acoplada de forma rotativa à chave de boca giratória para formar uma estrutura integral. Na última configuração, a chave de boca giratória prende firmemente e gira o segmento tubular sendo adicionado à coluna tubular em uma posição imediatamente acima da parte rosqueada, ao passo que a tenaz de contra-força suporta a coluna tubular em uma posição imediatamente abaixo da parte ros- queada. A tenaz de contra-força mantém a coluna tubular estacionária contra o torque aplicado ao segmento tubular e também fixa os braços da chave de boca para aplicação de torque ao segmento tubular. Onde uma estrutura fixa é usada para fixar a tenaz de contra-força, o cabo de fixação de apoio e o segundo deslocador podem ter uma extremidade fixada à mesma estrutura fixa, tal como um poste de fixação. O aparelho de chave de boca giratória, com ou sem uma tenaz de contra-força integral, pode ser configurado de modo que o torque aplicado pelo segundo deslocador seja dirigido de forma rotativa para completar a conexão tubular ou dirigido de forma rotativa para desfazer conexão tubular.A counter-force gripper prevents the trunk, or proximal end of the tubular spine, from rotating while applying torque wrench to the tubular segment being added to the tubular spine. Optionally, the counter force gripper can be operated manually, pneumatically or hydraulically. The counter-force gripper may be attached using a support cable to a fixed frame to oppose the torque of the rotary wrench, or it may be rotatably coupled to the rotary wrench to form an integral frame. In the latter configuration, the rotary wrench securely grips and rotates the tubular segment and is added to the tubular column at a position immediately above the threaded portion, while the counter-force gripper supports the tubular column at a position immediately below the threaded portion. threaded. The counter-force gripper keeps the tubular column stationary against the torque applied to the tubular segment and also secures the wrench arms for torque application to the tubular segment. Where a fixed frame is used to secure the counter-tensioning tongs, the support cable and the second displacer may have an end attached to the same fixed frame, such as a fixing pole. The rotary wrench apparatus, with or without an integral counter-force gripper, may be configured such that the torque applied by the second displacer is rotatably driven to complete the tubular connection or rotatably driven to undo the tubular connection. .

Em uma modalidade preferencial, os três ou mais cilindros se estendem por uma distância fixa radialmente para o interior dos braços para engatarem a conexão tubular. É igualmente de preferência que as duas ou mais mandíbulas sejam cada uma fixada ao par de braços por deslocadores separados para seletivamente moer as duas ou mais mandíbulas entre uma posição desengatada radialmente para o exterior dos três ou mais cilindros e uma posição engatada radialmente para dentro dos três ou mais cilindros. O aparelho de preferência inclui uma célula de carga disposta para medir a força aplicada à conexão tubular. A célula de carga pode ser usada para medir o torque enquanto girando a conexão tubular e enquanto aplicando uma força geralmente tangencial para realizar um valor de torque final.In a preferred embodiment, the three or more cylinders extend a radially fixed distance into the arms to engage the tubular connection. It is also preferably that the two or more jaws are each secured to the pair of arms by separate displacers to selectively grind the two or more jaws between a radially outwardly disengaged position of the three or more cylinders and a radially engaged position inwardly of the jaws. three or more cylinders. Preferably the apparatus includes a load cell arranged to measure the force applied to the tubular connection. The load cell can be used to measure torque while rotating the tubular connection and while applying a generally tangential force to realize a final torque value.

Outra modalidade da invenção apresenta um processo de realizar uma conexão rosqueada entre elementos tubulares. O método inclui o alinhar axialmente um elemento tubular para conexão rosqueada com uma coluna tubular; posicionar uma região proximal de um par de braços móveis em torno do elemento tubular; fechar o par de braços móveis em torno do elemento tubular para criar uma força de contato entre três ou mais cilindros, compreendendo pelo menos um cilindro acionador, e o tubular, na qual os três ou mais cilindros são coletivamente adaptados para manter o alinhamento axial do elemento tubular; fixar a coluna tubular para se opor à rotação; girando o elemento tubular em uma direção de conexão para conectar de forma rosqueada o elemento tubular; estender duas ou mais mandíbulas do par de braços móveis para uma posição radialmente para dentro dos cilindros para fixar firmemente o elemento tubular, dirigir uma força geralmente tangencial contra uma extremidade distai do par de braços móveis na direção de acabamento para aplicar um valor de torque final à conexão rosqueada; e abrir o par de braços móveis para desengatar a conexão tubular.Another embodiment of the invention features a method of making a threaded connection between tubular members. The method includes axially aligning a tubular member for threaded connection to a tubular column; positioning a proximal region of a pair of movable arms around the tubular member; closing the pair of movable arms around the tubular member to create a contact force between three or more cylinders, comprising at least one drive cylinder, and the tubular, wherein the three or more cylinders are collectively adapted to maintain axial alignment of the tubular element; fix the tubular column to oppose rotation; rotating the tubular member in a connecting direction to threadably connect the tubular member; extend two or more movable arm jaws to a position radially into the cylinders to firmly secure the tubular member, directing a generally tangential force against a distal end of the movable arm pair in the finishing direction to apply a final torque value the threaded connection; and opening the pair of movable arms to disengage the tubular connection.

Em uma modalidade, a etapa de dirigir uma força geralmente tangencial contra uma extremidade distai do par de braços móveis inclui a-cionar ou retrair um deslocador acoplado entre a extremidade distai e uma estrutura fixa. De preferência, a etapa de fixar a coluna tubular para se opor à rotação inclui afixar uma tenaz de apoio manual, tal como onde o deslocador e a tenaz de apoio manual são fixados à mesma estrutura fixa.In one embodiment, the step of directing a generally tangential force against a distal end of the movable pair of arms includes pulling or retracting a displacer coupled between the distal end and a fixed structure. Preferably, the step of securing the tubular column to oppose rotation includes affixing a hand support tongs such as where the displacer and hand support tongs are attached to the same fixed structure.

Outra modalidade inclui girar o elemento tubular na direção de acabamento até alcançar uma conexão rosqueada que tem menos de um quarto de volta do elemento tubular chegar a um valor de torque final contemplado. Opcionalmente, o giro é controlado por um motor acionador acionando o, pelo menos um, cilindro acionador. O método pode ainda incluir automaticamente desativar o motor acionador e estender as mandíbulas ao detectar um valor de torque predeterminado que é inferior do valor alvo de torque final.Another embodiment includes turning the tubular member in the finishing direction until it reaches a threaded connection that is less than a quarter turn of the tubular member to a contemplated final torque value. Optionally, the swing is controlled by a drive motor driving the at least one drive cylinder. The method may further include automatically disabling the drive motor and extending the jaws upon detecting a predetermined torque value that is less than the final torque target value.

Os precedentes, assim como demais objetivos, aspectos característicos e vantagens da presente invenção serão mais completamente a-preciados e entendidos pela consulta aos desenhos apensos, relatório descritivo e reivindicações.The foregoing as well as other objects, features and advantages of the present invention will be more fully understood and understood by reference to the accompanying drawings, descriptive report and claims.

Breve Descrição dos Desenhos a figura 1 é uma vista em perspectiva da uma modalidade de um aparelho para conectar elementos tubulares rosqueados; a figura 2 é uma vista superior da chave de boca giratória em uma condição aberta; a figura 3 é uma vista superior da chave de boca giratória com os braços em uma condição fechada com cilindros se engatando com o elemento tubular; a figura 4 é uma vista superior da chave de boca giratória ilustrando o girar do elemento tubular; a figura 5 é uma vista superior da chave de boca giratória com as mandíbulas estendidas para fixar firmemente o elemento tubular; a figura 6 é uma vista superior da chave de boca giratória com um deslocador aplicando um valor de torque final ao elemento tubular; a figura 7 é uma vista superior da chave de boca giratória configurada para desfazer conexões tubulares rosqueadas.Brief Description of the Drawings Figure 1 is a perspective view of one embodiment of an apparatus for connecting threaded tubular members; Figure 2 is a top view of the rotary wrench in an open condition; Figure 3 is a top view of the rotary wrench with the arms in a closed condition with cylinders engaging the tubular member; Figure 4 is a top view of the rotary wrench illustrating the rotation of the tubular element; Figure 5 is a top view of the rotary wrench with the jaws extended to firmly secure the tubular member; Figure 6 is a top view of the rotary wrench with a displacer applying a final torque value to the tubular member; Figure 7 is a top view of the rotary wrench configured to break threaded tubular connections.

Descrição Detalhada de uma Modalidade Preferida A figura 1 é uma vista em perspectiva de uma modalidade de um aparelho para conectar elementos tubulares rosqueados. O aparelho 10 é mostrado se engatando com um elemento tubular 12 acima de um pino ros-queado dirigido para baixo 14 que deve ser conectado com uma coluna tubular 16 munida de uma caixa rosqueada dirigida para baixo 18. A coluna tubular 16 se estende axialmente para baixo para o interior de um furo de sondagem e o tubular 12 é suspenso por um elevador de suspensão (não mostrado) e posicionado em alinhamento com a coluna tubular 16 para facilitar a conexão. O aparelho 10 opera em um plano geralmente horizontal que é perpendicular ao eixo geométrico da coluna tubular 12. O aparelho 10 inclui um par de braços 20 que são articuladamente acoplados por um pino de junção 22 pelas suas extremidades distais 24. O par de braços 20 forma uma abertura entre as extremidades proximais 23 dos braços para receber o tubular 12. Coletivamente, o par de braços 20 inclui três ou mais cilindros 26 e duas ou mais mandíbulas 28 (veja-se também a figura 2). De preferência, existem três ou mais cilindros 26 se estendendo em mais de 180 graus em torno da circunferência do tubular 12 e duas ou mais mandíbulas 28 se estendendo em mais de 180 graus em torno da circunferência do tubular 12. De preferência os cilindros e mandíbulas ambos se estendem por mais de 200 graus em torno da circunferência do tubular para fixar mais firmemente e manter o tubular em alinhamento axial. O aparelho 10 pode ser designado de uma "chave de boca giratória" devido a incluir tanto cilindros para girar o tubular como mandíbulas para atuar como uma chave de boca ou tenaz me- cânico. O aparelho 10 é também mostrado com um colar 30 pivotavel-mente fixado ao pino de junção 22 e tendo acoplamentos opostos 32. Um deslocador 34, tal como um cilindro hidráulico, cilindro pneumático ou macaco de rosca, tem uma extremidade fixada a um acoplamento 32 do colar 30 e uma segunda extremidade fixada em uma estrutura fixa 36. O aparelho de preferência também inclui uma célula de carga 38 para medir forças. A célula de carga de forma extremamente conveniente é disposta em série entre o deslocador 34 e o colar 30 de maneira a medir as forças sendo aplicadas à conexão rosqueada. O deslocador 34 serve para prevenir a contra-rotação do aparelho 10 ao girar o tubular e serve para proporcionar rotação de tor-que elevado através de uma curta distância quando ativado. Por conseguinte, a célula de carga 38 pode continuamente medir a força que é representativa do torque sendo aplicado à conexão rosqueada. Estas medições de força são úteis para controlar as operações de giro e torque.Detailed Description of a Preferred Embodiment Figure 1 is a perspective view of one embodiment of an apparatus for connecting threaded tubular members. Apparatus 10 is shown engaging a tubular member 12 above a downwardly directed threaded stud 14 which is to be connected with a downwardly directed tubular post 16 provided with a downwardly directed threaded housing 18. The tubular post 16 extends axially to down into a borehole and the tubular 12 is suspended by a suspension elevator (not shown) and positioned in alignment with the tubular column 16 for ease of connection. The apparatus 10 operates in a generally horizontal plane which is perpendicular to the geometrical axis of the tubular column 12. The apparatus 10 includes a pair of arms 20 which are pivotally coupled by a junction pin 22 at their distal ends 24. The pair of arms 20 forms an opening between the proximal ends 23 of the arms to receive the tubular 12. Collectively, the pair of arms 20 includes three or more cylinders 26 and two or more jaws 28 (see also figure 2). Preferably there are three or more cylinders 26 extending more than 180 degrees around the circumference of the tubular 12 and two or more jaws 28 extending more than 180 degrees around the circumference of the tubular 12. Preferably the cylinders and jaws both extend for more than 200 degrees around the circumference of the tubular to secure more firmly and keep the tubular in axial alignment. Apparatus 10 may be referred to as a "rotary wrench" because it includes both cylinders to rotate the tubular and jaws to act as a wrench or mechanical tongs. Apparatus 10 is also shown with a pivotable collar 30 attached to junction pin 22 and having opposite couplings 32. A displacer 34, such as a hydraulic cylinder, pneumatic cylinder or screw jack, has an end attached to a coupling 32 collar 30 and a second end fixed to a fixed structure 36. The apparatus preferably also includes a load cell 38 for measuring forces. The extremely convenient load cell is arranged serially between the displacer 34 and collar 30 to measure the forces being applied to the threaded connection. The displacer 34 serves to prevent counter-rotation of the apparatus 10 by rotating the tubular and to provide high torque rotation over a short distance when activated. Accordingly, load cell 38 can continuously measure the force that is representative of the torque being applied to the threaded connection. These force measurements are useful for controlling swing and torque operations.

De preferência, o aparelho 10 é usado em cooperação com outro aparelho de fixação, tal como uma mandíbula mecânica, cruzeta ou uma tenaz de contra-força manual. Este aparelho de fixação, doravante designado de tenaz de contra-força manual, é usado para prevenir rotação da coluna tubular 16 enquanto a conexão rosqueada está sendo realizada. A tenaz de contra-força manual 40 é mostrada com uma cinta 41 se estendendo em torno da coluna tubular 16 e uma fivela 43 que é presa à estrutura fixa 36 por um cabo de fixação de apoio 42. Como mostrado na figura 1, o aparelho 10 é previsto para realizar a conexão rosqueada pelo girar o elemento tubular 12 no sentido horário (conforme visto de cima) enquanto a tenaz de contra-força manual 40 é disposta para prevenir a rotação no sentido horário da coluna tubular 16. Deve ser entendido que uma cruzeta compreendendo um conjunto de cunhas para se engatar com e suportar a coluna tubular pode conferir a fixação requerida da coluna tubular para prevenir a rotação durante a aplicação de torque pelo aparelho 10 para completar a conexão rosqueada. De maneira genérica, quando aquele termo é usado acima, inclui qualquer dispositivo para fixar e suportar uma coluna tubular em ou próximo ao convés de perfuração usando um conjunto geralmente circunferente de cunhas recebido no interior de uma cuba cônica e configurado para coibir a rotação indesejada da coluna tubular.Preferably, the apparatus 10 is used in cooperation with another clamping apparatus, such as a mechanical jaw, crosshead or hand counter-force gripper. This clamping device, hereinafter referred to as manual counter-force gripper, is used to prevent rotation of the tubular column 16 while the threaded connection is being made. The manual counter-force gripper 40 is shown with a strap 41 extending around the tubular column 16 and a buckle 43 which is secured to the fixed structure 36 by a support anchor cable 42. As shown in figure 1, the apparatus 10 is provided for making the threaded connection by rotating the tubular member 12 clockwise (as seen from above) while the manual counter tensioning 40 is arranged to prevent clockwise rotation of the tubular column 16. It should be understood that A crosshead comprising a set of wedges for engaging with and supporting the tubular column may provide the required fixation of the tubular column to prevent rotation during torque application by apparatus 10 to complete the threaded connection. Generally, when that term is used above, it includes any device for securing and supporting a tubular column on or near the drilling deck using a generally circumferential set of wedges received within a conical tub and configured to curb unwanted rotation of the tubing. tubular column.

De modo genérico, a rotação com os cilindros e o torque com as mandíbulas será efetuada na mesma direção, tal como a rotação e aplicação de torque no sentido horário para completar uma conexão rosqueada e a rotação e aplicação de torque em um sentido anti-horário para desfazer uma conexão rosqueada. Deve também ser reconhecido que a tenaz de contra-força ou cruzeta deve ser aplicada ou engatada na coluna tubular 16 no sentido oposto à conexão rosqueada e estabelecida de maneira oposta à rotação ser aplicada à coluna tubular 12. a figura 2 é uma vista superior da chave de boca giratória 10 com os braços 20 em uma condição aberta. Na modalidade ilustrada na figura 2, os braços 20 da chave de boca giratória não têm de se abrir por uma longa distância para receber o elemento tubular 12 entre eles. Embora a chave de boca giratória 10 possa ser montada ou suportada em muitas das mesmas maneiras que qualquer tenaz mecânica, tal como sendo suspensa por cabos, a chave de boca giratória 10 é posicionada em tomo do elemento tubular 12 a partir de um lado do elemento tubular com o deslocamento conforme indicado pelas setas direcionais 44. O deslocamento preferencial se processa de maneira genérica dentro do plano horizontal no qual a chave de boca giratória 10 será usada. Os braços 20 de preferência não circundam o inteiro elemento tubular 12, porém tem de se estender em torno de mais de 180 graus do elemento tubular. Os braços são portadores de um conjunto de cilindros 26 para se engatarem com e girar o elemento tubular 12 e um conjunto de mandíbulas 28 para aplicarem um torque ao elemento tubular 12. De preferência o conjunto de cilindros 26 se engata para cobrir pelo menos 180 graus do elemento tubular 12. É importante que o conjunto de mandíbulas 28 se engate para cobrir pelo menos cerca de 180 graus do elemento tubular 12. A extensão estabelecida pelos cilindros de preferência é deslocada da extensão estabelecida pelas mandíbulas de maneira a facilitar uma disposição geralmente horizontal de cilindros e mandíbulas no mesmo par de braços geralmente opostos.Generally, rotation with the cylinders and torque with the jaws will be performed in the same direction, such as clockwise rotation and torque application to complete a threaded connection and counterclockwise rotation and torque application to undo a threaded connection. It should also be recognized that the counterforce or crosshead should be applied or engaged to the tubular post 16 in the opposite direction to the threaded connection and set opposite the rotation to be applied to the tubular post 12. Figure 2 is a top view of the rotary wrench 10 with arms 20 in an open condition. In the embodiment illustrated in Figure 2, the rotary spanner arms 20 do not have to open a long distance to receive the tubular member 12 therebetween. Although the rotary wrench 10 can be mounted or supported in many of the same ways as any mechanical tongs, such as being suspended by cables, the rotary wrench 10 is positioned around the tubular member 12 from one side of the element. with the displacement as indicated by the directional arrows 44. The preferred displacement is generally within the horizontal plane in which the rotary wrench 10 will be used. The arms 20 preferably do not surround the entire tubular member 12, but must extend about 180 degrees from the tubular member. The arms carry a cylinder assembly 26 for engaging and rotating the tubular member 12 and a jaw assembly 28 for torqueing the tubular member 12. Preferably the cylinder assembly 26 engages to cover at least 180 degrees It is important that the jaw assembly 28 engages to cover at least about 180 degrees of the tubular member 12. The extent established by the cylinders preferably is offset from the extent established by the jaws to facilitate a generally horizontal arrangement. cylinders and jaws in the same pair of generally opposite arms.

Na determinação da distância em que os cilindros ou mandíbu-las devem se estender em torno de um tubular, deve ser reconhecido que a chave de boca giratória 10 pode ser auto-ajustável a vários diâmetros de tubulares. Por exemplo, os cilindros podem ser governados por molas ou suscetíveis de avanço ou recuo em relação ao tubular para que os cilindros possam se engatar com tubulares de diâmetros variáveis. Um deslocamento dessa natureza pode ser efetuado praticamente da mesma maneira que as mandíbulas deslocáveis aqui descrita. Todavia, de preferência os cilindros são fixados aos braços com um eixo geométrico vertical, caso em que todos os cilindros podem ser posicionados pelos braços para contatar tubulares dotados de uma faixa de diâmetros se a chave de boca giratória tiver exatamente três cilindros. Embora inexista grande desvantagem no dispor de cilindros adicionais que não se engatam com um tubular, é importante que os cilindros que se engatam com uma tubular se estendam em pelo menos cerca de 180 graus em torno da tubular, isto é, os pontos de contato de cada cilindro que se situam em um plano geralmente horizontal dado definam um arco que tenha mais de 180 graus. Por conseguinte, a disposição preferencial de cilindros é um conjunto de exatamente três cilindros tendo um eixo geométrico de rotação que é geralmente fixado sobre os braços. Ainda, um pequeno grau de flexão ou propensão é permitido. Uma chave de boca giratória específica pode ser construída de forma que um conjunto de três cilindros se engate com tubulares através de uma faixa dada de diâmetros de tubular. Outrossim, os cilindros fixos podem ser suscetíveis de reposicionamento em outras posições fixas sobre os braços de forma a melhor acomodar diferentes diâmetros de tubular.In determining the distance the cylinders or jaws should extend around a tubular, it should be recognized that the rotary wrench 10 can be self-adjusting to various tubular diameters. For example, the cylinders may be spring-driven or susceptible to forward or reverse relative to the tubular so that the cylinders can engage with tubulars of varying diameter. Such a displacement can be effected in much the same way as the displaceable jaws described herein. Preferably, however, the cylinders are fixed to the arms with a vertical geometrical axis, in which case all cylinders can be positioned by the arms to contact tubulars having a diameter range if the rotary wrench has exactly three cylinders. While there is no major disadvantage in having additional cylinders that do not engage with a tubular, it is important that cylinders that engage with a tubular extend at least about 180 degrees around the tubular, i.e. each cylinder that lies in a generally horizontal plane given define an arc that is more than 180 degrees. Accordingly, the preferred arrangement of cylinders is a set of exactly three cylinders having a geometric axis of rotation which is generally fixed on the arms. Still, a small degree of flexion or propensity is allowed. A specific rotary wrench may be constructed such that a three-cylinder assembly engages with tubulars through a given range of tubular diameters. In addition, fixed cylinders may be repositionable in other fixed positions on the arms to better accommodate different tubular diameters.

As mandíbulas têm também de se estender em torno de mais de 180 graus do diâmetro da tubular de maneira a realizar e manter uma fixação positiva sobre o tubo. Outrossim, de modo genérico há preferência que as mandíbulas tenham área de superfície de contato e textura suficientes, conforme será do conhecimento da técnica, de maneira a fixar o tubo e transferir o grau de torção desejado. Todavia, uma vez que cada mandíbula individual pode se estender mais ou menos que as outras mandíbulas, as mandíbulas também podem ser consideradas como auto-ajustáveis através de uma faixa de diâmetros de tubular. Isto também significa que as mandíbulas de modo geral permanecem auto-ajustáveis independentemente do número de mandíbulas. Por conseguinte, o número de mandíbulas pode ser de duas, três, quatro ou mais mandíbulas, contanto que o conjunto de mandíbulas se engate ou contate a tubular através de uma extensão que é de pelo menos cerca de 180 graus em torno da tubular. Outrossim, deve ser reconhecido que cada mandíbula terá uma área de superfície de contato que ela própria cobrir vários graus em torno da tubular. Por exemplo, duas mandíbulas dispostas e separadas exatamente por 180 graus sobre lados opostos de uma tubular podem não obstante cobrir 200 graus em torno da tubular se cada mandíbula tiver uma superfície de contato geralmente côncava que se estenda por 20 graus da tubular. Opcionalmente, uma ou mais mandíbulas podem ser guarnecidas de superfícies de engate pivotavelmente montadas para maximizar a área de contato para preensão de uma faixa de diâmetros de tubular.The jaws must also extend around 180 degrees of tubular diameter in order to hold and maintain a positive fixation on the tube. Moreover, it is generally preferred that the jaws have sufficient contact surface area and texture, as will be known in the art, to secure the tube and transfer the desired degree of twist. However, since each individual jaw may extend more or less than the other jaws, the jaws may also be considered as self-adjusting across a range of tubular diameters. This also means that the jaws generally remain self-adjusting regardless of the number of jaws. Accordingly, the number of jaws may be two, three, four or more jaws, provided that the jaw assembly engages or contacts the tubular through an extension that is at least about 180 degrees around the tubular. Furthermore, it should be recognized that each jaw will have a contact surface area that itself covers several degrees around the tubular. For example, two jaws arranged exactly 180 degrees apart on opposite sides of a tubular may nevertheless cover 200 degrees around the tubular if each jaw has a generally concave contact surface that extends 20 degrees from the tubular. Optionally, one or more jaws may be provided with pivotably mounted engaging surfaces to maximize the contact area for gripping a range of tubular diameters.

Embora uma extensão superiora 180 graus seja essencial, tanto o conjunto de cilindros como o conjunto de mandíbulas de preferência cobrem mais de 190 graus e preferencialmente cubram mais de 200 graus. Outrossim, uma extensão superior a 225 graus é geralmente desnecessária e principia a tornar mais difícil a aplicação da chave de boca giratória.Although an extension over 180 degrees is essential, both the cylinder assembly and jaw assembly preferably cover more than 190 degrees and preferably cover more than 200 degrees. Moreover, an extension greater than 225 degrees is generally unnecessary and begins to make it difficult to apply the rotary wrench.

Os braços 20 são mantidos na condição aberta por estender o deslocador 46 que é operativamente acoplado com cada um dos dois braços 20 em uma posição entre as extremidades distais 24 dos braços e as extremidades proximais 23 dos braços que fixam os cilindros e mandíbulas e recebem o tubular 12. O deslocador 46 alcança uma maior força de alavanca quando é posicionado a uma maior distância do pino articulado 22, porém o deslocador tem de evitar obstruir os braços contra a recepção do tubular. O deslocador 46 de preferência é pivotavelmente acoplado com cada braço 20 com um pino pivô 48, uma vez que o ângulo entre o deslocador e cada um dos braços sofre uma ligeira variação quando os braços são acionados para serem abertos e fechados. a figura 3 é uma vista superior da chave de boca giratória 10 com os braços 20 em uma condição fechada com os cilindros 26 se engatando com o tubular 12. O fechamento dos braços 20 em torno da tubular na direção das setas 50 é realizado pela contração do deslocador 46. Como mostrado, os cilindros 26 atuam sobre a superfície externa do tubular 12 a-través de um arco 52 que mede cerca de 210 graus. O deslocador 46 mantém uma força de fechamento que compele os cilindros 26 firmemente contra o tubular. O colar 30 é acoplado com a estrutura fixa 36 pelo deslocador 34 e célula de carga 38. a figura 4 é uma vista superior da chave de boca giratória 10 ilustrando o giro da tubular 12 na direção da seta 54 para completar a conexão rosqueada, que é realizada pelo girar um ou mais cilindros engatados 26 em um sentido anti-horário. Pelo menos um dos cilindros engatados 26 tem de ser mecanicamente acoplado com um motor acionador 56. Várias posições de motor acionador e acoplamentos mecânicos são do conhecimento da técnica, porém um motor acionador 56 é mostrado posicionado em alinhamento axial acima de um cilindro 26. Opcionalmente, cada cilindro 26 pode ter um motor acionador 56. O motor acionador de preferência é um motor hidráulico ou pneumático para utilizar os sistemas a fluido pressurizado existentes comuns em torres de perfuração, porém também pode ser eletricamente acionado. Cada cilindro 26 de preferência é geralmente cilíndrico ao longo de sua superfície de contato com um eixo geométrico posicionado geralmente de modo vertical entre dois mancais ou buchas fixadas em um braço 20. Cada cilindro 26 de preferência tem uma superfície que se estende radialmente para dentro do braço 20 somente por uma curta distância, porque esta distância determina a distância mínima que as mandíbulas (usadas na aplicação de um torque final) têm de estender para se engatar com e fixar o elemento tubular.The arms 20 are held in the open condition by extending the displacer 46 which is operably coupled with each of the two arms 20 in a position between the distal ends 24 of the arms and the proximal ends 23 of the arms that secure the cylinders and jaws and receive the tubular 12. The displacer 46 achieves greater leverage when positioned further from the pivot pin 22, but the displacer must avoid obstructing the arms against receiving the tubular. The displacer 46 is preferably pivotably coupled to each arm 20 with a pivot pin 48, since the angle between the displacer and each arm varies slightly when the arms are actuated to be opened and closed. Figure 3 is a top view of the rotary spanner 10 with arms 20 in a closed condition with cylinders 26 engaging with tubular 12. Closing of arms 20 around tubular in the direction of arrows 50 is accomplished by contraction As shown, the cylinders 26 act on the outer surface of the tubular 12 by means of an arc 52 measuring about 210 degrees. The displacer 46 maintains a closing force that compels the cylinders 26 firmly against the tubular. The collar 30 is coupled to the fixed frame 36 by the displacer 34 and load cell 38. Figure 4 is a top view of the wrench 10 illustrating the rotation of the tubular 12 in the direction of arrow 54 to complete the threaded connection, which It is accomplished by rotating one or more engaged cylinders 26 counterclockwise. At least one of the engaged cylinders 26 must be mechanically coupled with a drive motor 56. Various drive motor positions and mechanical couplings are known in the art, but a drive motor 56 is shown positioned in axial alignment above a cylinder 26. Optionally , each cylinder 26 may have a drive motor 56. The drive motor preferably is a hydraulic or pneumatic motor to utilize existing pressurized fluid systems common in drilling towers, but may also be electrically driven. Each cylinder 26 preferably is generally cylindrical along its contact surface with a geometrical axis generally vertically positioned between two bearings or bushings fixed to an arm 20. Each cylinder 26 preferably has a radially extending surface within the arm 20 only for a short distance, because this distance determines the minimum distance that the jaws (used in applying a final torque) have to extend to engage and secure the tubular member.

Quando os cilindros giram a tubular, o pino rosqueado da tubular 12 se aparafusará no interior da caixa rosqueada da coluna tubular 16 para completar a conexão. Sob a força do cilindro acionador, a fricção e outras resistências a aparafusamento compelirão a chave de boca giratória na direção oposta (no sentido anti-horário). Todavia, o deslocador 34 e a célula de carga 38 acoplando a chave de boca giratória 10 com a estrutura fixa 36 previnem a dita rotação no sentido anti-horário. Por conseguinte, a célula de carga 38 é suscetível de medir uma força que é proporcional ao torque aplicado à conexão rosqueada.When the cylinders rotate the tubular, the tubular threaded pin 12 will screw into the tubular column threaded housing 16 to complete the connection. Under the force of the drive cylinder, friction and other bolt-on resistances will compel the rotary wrench in the opposite direction (counterclockwise). However, the displacer 34 and the load cell 38 coupling the rotary wrench 10 with the fixed frame 36 prevent said counterclockwise rotation. Therefore, load cell 38 is capable of measuring a force that is proportional to the torque applied to the threaded connection.

As modalidades da presente invenção podem ser controladas ou operadas manualmente, automaticamente ou determinada combinação das mesmas. Todavia, de preferência o controle do(s) motor(es) acionador(es) 56 se realiza com um sistema de controle de rotação. Um sistema ou circuito de controle de rotação pode monitorar as forças medidas pela célula de carga e/ou outros parâmetros, tal como a taxa de rotação da tubular ou dos cilindros, de maneira a identificar o momento de encontro, ou algum outro ponto no qual exista conveniência em descontinuar a rotação. Ao detectar os parâmetros predeterminados apropriados, o sistema de rotação desliga o motor acionador. De preferência, o sistema de controle de rotação também emitirá um sinal para um sistema ou controle de controle de fixação que é responsável por acionar as mandíbulas em relação de contato de fixação com o tubular. Embora as funções de giro e de fixação possam ser manualmente controladas, o presente aparelho é adaptável para automação. A figura 5 é uma vista superior da chave de boca giratória 10 com os braços 20 fechados e as mandíbulas 28 estendidas para fixarem firmemente o tubular 12. As mandíbulas 28 são fixadas aos deslocadores de mandíbula 58 que são fixados aos braços 20. Os deslocadores de mandíbu-la 58 podem ser pneumaticamente, hidraulicamente ou eletricamente acionados para e de suas posições engatadas contra o tubular, porém de preferência são cilindros hidráulicos de maneira a obter a força de contato desejada das mandíbulas 28 contra o tubular 12. Embora as mandíbulas tenham cilindros separados, os cilindros podem estar em comunicação fluídica com uma fonte comum de fluido hidráulico e podem ser ativados simultaneamente, tal como por uma única válvula. Contanto que as mandíbulas 28 possam se engatar e fixar o tubular, não é requerido que os cilindros 26 se desenga- tem e saiam de contato com o tubular. De acordo com uma modalidade, o sistema de controle de fixação pode acionar automaticamente as mandíbu-las para entrarem em contato de fixação com o tubular imediatamente após a ação de rotação completada. a figura 6 é uma vista superior da chave de boca giratória 10 com o deslocador 34 em retração para aplicar um valor de torque final ao tubular 12. O deslocador 34 se contrai para aplicar uma força que é medida pela célula de carga 38 e aplicada contra o colar 30 da chave de boca giratória 10. O deslocador 34 de preferência continua a aplicar esta força e girar o tubular 12 e a chave de boca giratória 10 no sentido horário, como indicado pela seta 60, até a célula de carga 38 indicar que o torque realiza um valor de torque final predeterminado. O deslocador 34 pode ser controlado por um sistema ou circuito de controle de torque final que monitora as medições da célula de carga. Por exemplo, o sistema de controle de torque final pode retrair ou acionar o deslocado 34 ao detectar que os cilindros se imobilizaram e as mandíbulas foram estendidas. O sistema de controle de torque pode relaxar o deslocador 34 ao determinar que o valor de torque final predeterminado foi atingido ou, talvez, que o deslocamento ultrapassou uma distância de curso predeterminada.Embodiments of the present invention may be controlled or operated manually, automatically or in a combination thereof. However, preferably the drive motor (s) control 56 is performed with a speed control system. A rotation control system or circuit may monitor the forces measured by the load cell and / or other parameters, such as the rotation rate of the tubular or cylinders, to identify the encounter moment, or some other point at which there is convenience in discontinuing rotation. Upon detecting the appropriate preset parameters, the rotation system shuts off the drive motor. Preferably, the rotation control system will also send a signal to a clamping control system or control which is responsible for driving the jaws in relation to the clamping contact with the tubular. Although the turning and clamping functions can be manually controlled, the present appliance is adaptable for automation. Figure 5 is a top view of the rotary wrench 10 with the arms 20 closed and the jaws 28 extended to firmly secure the tubular 12. The jaws 28 are attached to the jaw shifters 58 which are attached to the arms 20. jaws 58 may be pneumatically, hydraulically or electrically driven to and from their positions engaged with the tubular, but preferably are hydraulic cylinders so as to achieve the desired contact force of jaws 28 against tubular 12. Although the jaws have cylinders separately, the cylinders may be in fluid communication with a common source of hydraulic fluid and may be activated simultaneously, such as by a single valve. As long as the jaws 28 can engage and secure the tubular, cylinders 26 are not required to disengage and come out of contact with the tubular. According to one embodiment, the clamping control system may automatically trigger the jaws to contact the clamping contact with the tubular immediately after the completed rotation action. Figure 6 is a top view of the wrench 10 with the displacer 34 retracted to apply a final torque value to the tubular 12. The displacer 34 contracts to apply a force that is measured by the load cell 38 and applied against collar 30 of rotary wrench 10. Displacer 34 preferably continues to apply this force and rotate tubular 12 and rotary wrench 10 clockwise as indicated by arrow 60 until load cell 38 indicates that the torque achieves a predetermined final torque value. The shifter 34 may be controlled by a final torque control system or circuit that monitors load cell measurements. For example, the final torque control system may retract or trigger displacement 34 upon detecting that the cylinders have come to a standstill and the jaws have been extended. The torque control system may relax displacer 34 by determining that the predetermined final torque value has been reached or, perhaps, that the displacement has exceeded a predetermined stroke distance.

Embora não seja a finalidade da presente exposição descrever toda maneira de detectar as condições predeterminadas, alguns dispositivos de detecção preferenciais são aqui descritos. Por exemplo, a determinação de que um ou mais dos cilindros se imobilizaram pode ser realizada, com níveis variáveis de certeza, por detectar uma condição de pressão na linha de entrada hidráulica para um motor de acionamento hidráulico 56, ou por detectar diretamente a rotação quer do cilindro quer do tubular, ou de ambos. A determinação de que as mandíbulas 28 foram estendidas para se engatar e fixarem o tubular pode ser realizada por detectar uma condição de alta pressão na linha de entrada hidráulica para os deslocadores de mandí-bula 58 ou por um intermédio de um comutador de fim de curso apropriadamente posicionado. As medições de célula de carga são propostas para constituírem o recurso principal de determinar que o valor de torque final foi atingido. A determinação de que o deslocamento do deslocador 34 ultrapassou uma distância predeterminada também pode ser efetuada com um co-mutador de fim de curso. Se o deslocador 34 exceder o deslocamento predeterminado, então é provável que a chave de boca giratória atingiu o término de seu curso antes do encontro da conexão rosqueada. Por conseguinte, pode ser necessário efetuar a retração das mandíbulas e estender o deslocador 34 para retornar à condição da figura 4, a seguir voltar a estender as mandíbulas como na figura 5 e acionar o deslocador 34, como mostrado na figura 6. Observações visuais pelo pessoal da torre de perfuração serão valiosas no determinar o curso exato de ação. A liberação do tubular 12 da chave de boca giratória 10 requer estender o deslocador 46 dentre os dois braços 20, como mostrado na figura 2. É preferível também retrair as mandíbulas 28 de maneira a serem preparadas para a realização de outra conexão. Na realidade, de preferência é efetuada a retração das mandíbulas 28 antes de estender o deslocador 46 entre os braços 20 de maneira a evitar o desnecessário riscar do tubular 12. a figura 7 é uma vista superior do aparelho 10 configurado para desfazer as conexões tubulares rosqueadas, tal como durante a remoção de uma coluna tubular de um furo de sondagem. Para realizar isto, o aparelho 10 é usado essencialmente na sequência inversa de etapas. Além disso, o deslocador 34 e a célula de carga 38 são acoplados entre a mesma ou estrutura fixa diferente 36 e o conector do lado oposto do colar 30 de maneira a aplicar força na direção de separação em um sentido de rotação anti-horário (o oposto da seta 60). Em conjunção com esta nova disposição do aparelho 10, a tenaz de contra-força manual tipicamente necessitará ser invertida, dependendo de sua construção, para que possa se opor a rotação no sentido anti-horário da coluna tubular 16.While it is not the purpose of the present disclosure to describe all manner of detecting predetermined conditions, some preferred detection devices are described herein. For example, determining that one or more of the cylinders have come to a standstill can be performed, with varying levels of certainty, by detecting a pressure condition at the hydraulic inlet line for a hydraulically driven motor 56, or by directly detecting the rotation either. either the tubular cylinder or both. Determination that the jaws 28 have been extended to engage and secure the tubular can be performed by sensing a high pressure condition at the hydraulic inlet line for the jaw displacers 58 or via a limit switch. properly positioned. Load cell measurements are proposed to be the primary feature of determining that the final torque value has been reached. Determining that the displacement of displacer 34 has exceeded a predetermined distance can also be performed with a limit switch co-mutator. If the displacer 34 exceeds the predetermined displacement then it is likely that the rotary wrench has reached the end of its stroke before the threaded connection is met. Therefore, it may be necessary to retract the jaws and extend the displacer 34 to return to the condition of figure 4, then re-extend the jaws as in figure 5 and trigger the displacer 34 as shown in figure 6. Visual Observations by Drill tower personnel will be valuable in determining the exact course of action. The release of tubular 12 from the rotary wrench 10 requires extending the displacer 46 between the two arms 20, as shown in Figure 2. It is also preferable to retract the jaws 28 to be prepared for making another connection. In reality, preferably the jaws 28 are retracted before extending the displacer 46 between the arms 20 so as to avoid unnecessary scratching of the tubular 12. Figure 7 is a top view of the apparatus 10 configured to break the threaded tubular connections such as during removal of a tubular column from a borehole. To accomplish this, apparatus 10 is used essentially in the reverse sequence of steps. In addition, the shifter 34 and load cell 38 are coupled between the same or different fixed structure 36 and the connector on the opposite side of collar 30 so as to apply force in the separation direction in a counterclockwise direction of rotation (the opposite of arrow 60). In conjunction with this new arrangement of apparatus 10, the manual counter-force gripper typically will need to be reversed, depending on its construction, so that counterclockwise rotation of the tubular column 16 can be countered.

Sucintamente, uma conexão rosqueada é desfeita e desconec-tada pela contração do deslocador 46 para fechar os braços em torno da tubular, estender as mandíbulas 28 para fixar o tubular, contrair o deslocador 34 para desfazer a conexão rosqueada, retrair as mandíbulas 28, ativar o motor acionador 56 no sentido horário para girar a tubular no sentido anti- horário como indicado pela seta 62 (no sentido oposto ao da figura 4) até o pino rosqueado e a caixa serem desconectados, e estender o deslocador 46 para abrir os braços 20. A tubular desconectada será tipicamente levantada e removida por um elevador de junta. Um elevador de suspensão pode então efetuar a preensão da coluna tubular e, após desengatar a cruzeta, levantar a coluna tubular para que a conexão rosqueada subsequente seja posicionada acima da cruzeta, a seguir restaurar a cruzeta. O procedimento de desconexão é então repetido.Briefly, a threaded connection is undone and disconnected by contraction of the displacer 46 to close the arms around the tubular, extending the jaws 28 to secure the tubular, contracting the displacer 34 to undo the threaded connection, retracting the jaws 28, activating drive motor 56 clockwise to rotate tubular counterclockwise as indicated by arrow 62 (opposite direction of figure 4) until threaded pin and housing are disconnected, and extend displacer 46 to open arms 20 The disconnected tubular will typically be lifted and removed by a joint lift. A suspension lift can then grasp the tubular post and, after disengaging the crosshead, lift the tubular post so that the subsequent threaded connection is positioned above the crosshead, then restore the crosshead. The disconnection procedure is then repeated.

Os termos "compreendendo", "incluindo" e "tendo" conforme u-sados nas reivindicações e no presente relatório descritivo, indicam um grupo aberto que pode abranger outros elementos não especificados. O termo "consistindo essencialmente em" conforme usado nas reivindicações e especificações aqui indicarão um grupo parcialmente aberto que pode incluir outros elementos não especificados contanto que aqueles outros elementos não alterem significativamente as características básicas e novas da invenção reivindicada. Os termos "um", "uma" e as formas singulares de palavras devem ser tomadas para incluir a forma plural das mesmas palavras, de tal maneira que os termos signifiquem que um ou mais sejam previstos. Por exemplo, a frase "um aparelho tendo um motor propulsor" deve ser interpretada para significar um aparelho tendo um ou mais motores acionadores. Os termos "um" ou "único" serão usados para indicar que um e somente um de alguma coisa é proposto. De modo similar, outros valores integrais específicos tais como "dois", são usados quando um número específico de itens é proposto. Os termos "preferivelmente", "preferido", "opcionalmente", "pode" e termos similares são usados no relatório descritivo para indicar que um item, condição ou etapa reportada é uma característica opcional (não requerida) da invenção.The terms "comprising", "including" and "having" as used in the claims and in this specification indicate an open group which may encompass other unspecified elements. The term "consisting essentially of" as used in the claims and specifications herein will indicate a partially open group which may include other unspecified elements as long as those other elements do not significantly alter the basic and novel features of the claimed invention. The terms "one", "one" and singular forms of words should be taken to include the plural form of the same words, such that the terms mean that one or more are provided. For example, the phrase "an apparatus having a propulsion engine" shall be interpreted to mean an apparatus having one or more driving motors. The terms "one" or "single" will be used to indicate that one and only one of something is proposed. Similarly, other specific integral values such as "two" are used when a specific number of items is proposed. The terms "preferably", "preferred", "optionally", "may" and similar terms are used in the specification to indicate that a reported item, condition or step is an optional (not required) feature of the invention.

Embora uma modalidade preferencial da presente invenção tenha sido descrita aqui, várias modificações do aparelho e método da invenção podem ser introduzidas sem se afastar do espírito e âmbito da invenção, que é mais detalhadamente definida nas reivindicações que se seguem.While a preferred embodiment of the present invention has been described herein, various modifications of the apparatus and method of the invention may be made without departing from the spirit and scope of the invention, which is further defined in the following claims.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Apparatus for connecting or disconnecting threaded tubular elements (12) comprising: a pair of arms (20) pivotably coupled to a distal end; a first displacer (46) attached to the pair of arms (20) to selectively move a proximal region (23) of the pair of arms (20) to an open position to receive or extract a tubular member and to a closed position to engage with and rotating a tubular element (12); three or more cylinders (26) rotatably attached to the proximal region (23) of the pair of arms (20) with at least one cylinder (26) attached to each arm (20), the cylinders (26) collectively adapted to extend by at least 180 degrees of the circumference of a tubular member (12) received and engaged between the arms (20) in the closed position, wherein at least one of the cylinders (26) is a driving cylinder for rotating a tubular member (12); and two or more jaws (28) attached to the proximal region (23) of the pair of arms (20) with at least one jaw (28) attached to each arm (20), the jaws collectively extending at least 180 degrees from the circumference. tubular to selectively securely hold a tubular member (12) with the arms (20) in the closed position; characterized in that it further comprises: a second displacer (34) fixed between the distal end (24) of the pair of arms (20) and a fixed structure, wherein the fixed structure (36) is positioned such that the second one is driven The displacer (34) applies a generally tangential force to apply a final torque value to a tubular member secured by the jaws (28).

Apparatus according to claim 1, characterized in that the first and second shifters (46, 34) are independently selected from the group comprising a pneumatic hydraulic cylinder, a jack and a winch.

Apparatus according to claim 1, characterized in that three or more cylinders (26) extend a radially inwardly fixed distance from the arms (20) to engage the tubular member (12).

Apparatus according to claim 1, characterized in that two or more jaws (28) are each attached to the pair of arms (20) by separate displacers to selectively move the two or more jaws (28) between one another. radially disengaged position out of the three or more cylinders (26) and a radially engaged position inwardly of the three or more cylinders (26).

Apparatus according to claim 1, characterized in that the torque applied by the second displacer (34) is rotatably directed to constitute the tubular member (12).

Apparatus according to claim 1, characterized in that the torque moment applied by the second displacer is rotatably directed to disconnect the tubular member (12).

Apparatus according to claim 1, characterized in that it further comprises a load cell (38) arranged to measure the force applied to the tubular element (12).

Apparatus according to claim 7, characterized in that the load cell (38) measures the torque while rotating the tubular member (12) and while applying a generally tangential force.

Apparatus according to claim 1, characterized in that it further comprises a hand counter-tensioning tongs (40) for rotatably securing a tubular post (16) adapted for threaded connection to the tubular member (12). .

Apparatus according to claim 9, characterized in that it further comprises a support clamping cable fixed between the counter-force gripper and a fixed structure (36) to oppose the generally tangential force.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the support retaining cable (42) and the second displacer (34) have one end attached to the same fixed structure (36).

Apparatus according to claim 9, characterized in that the pair of arms (20) is positioned axially adjacent to a threaded pin (14) of the tubular member (12) and the manual counter-force gripper (40). ) is positioned axially adjacent to a threaded housing (18) of the tubular column (16).

Apparatus according to Claim 1, characterized in that a counter-force gripper is attached to the apparatus.

Apparatus according to claim 1, characterized in that it further comprises a crosshead for rotatably securing a tubular column (16) adapted for threaded connection with the tubular member (12).

An apparatus for connecting or disconnecting threaded tubular members (12) comprising: a first pair of arms (20) pivotably coupled to a distal end (24) for securing a tubular segment; a first displacer (46) attached to the first pair of arms (20) to selectively move a proximal region (23) of the first pair of arms (20) to an open position for receiving or extracting a tubular member (12) and to a position closed to engage and rotate a tubular member; three or more cylinders (26) rotatably attached to the proximal region (23) of the first pair of arms (20) with at least one cylinder (26) attached to each arm (20), the cylinders (26) collectively adapted to extend at least 180 degrees around the circumference of a tubular member (12) received and engaged between the arms (20) in the closed position, wherein at least one of the cylinders (26) is a drive cylinder for rotating a tubular member (12) ; two or more jaws (28) attached to the proximal region (23) of the first pair of arms (20) with at least one jaw (28) attached to each arm (20), the jaws positionable to collectively extend at least 180 degrees from the tubular segment circumference for selectively securing a tubular member (12) with the arms (20) in the closed position; and further characterized by the fact that it comprises: a second displacer (34) disposed between the distal end (24) of the first pair of arms (20) and a counter support tongs (40) comprising a second pair of arms which is coupled in a rotatable manner with the first pair of arms, wherein the counter-support tongs are adapted to engage with and retain the proximal end of a tubular column (16) in a position below a joint to be set in a threaded manner. where the actuation of the second displacer applies final torque to the threaded joint between the tubular column (16) secured by the second pair of arms and the tubular segment secured by the first pair of arms.

Method for making a threaded connection between tubular members (12) characterized in that it comprises the steps of: axially aligning a tubular member (12) for threaded connection with a tubular column (16); positioning a proximal region (23) of a pair of movable arms (20) around the tubular member (12); closing the movable arm pair (20) around the tubular member (12) to create a contact force between three or more cylinders (26) including at least one drive cylinder and the tubular member (12) wherein the three or more cylinders are collectively adapted to maintain axial alignment of the tubular member (12); fix the tubular column (16) to oppose the rotation; turning the tubular element (12) in a connecting direction to threadably connect the tubular element (12); extending two or more jaws (28) from the pair of movable arms (20) to a position radially into the cylinders (20) to securely lock the tubular member (12); directing a generally tangential force against a distal end (24) of the movable arm pair (20) in the connection direction to apply a final torque value to the threaded connection; and opening the movable arm pair (20) to disengage the tubular member (12).

Method according to claim 16, characterized in that the step of directing a generally tangential force against a distal end (24) of the pair of movable arms (20) includes the step of driving a displacer (34). ) coupled between the distal end (24) and a fixed structure (36).

A method according to claim 17, characterized in that the step of securing the tubular column (16) to oppose rotation includes the step of affixing a hand counter-tensioning tongs (40).

Method according to claim 18, characterized in that the displacer (24) and the hand counter-tensioning tongs (40) are fixed to the same fixed structure (36).

A method according to claim 16, further comprising the steps of: rotating the tubular member in the direction of connection until a threaded connection is obtained which is less than a quarter turn of the tubular member from reaching a final torque target value.

Method according to claim 20, characterized in that the turning is controlled by a drive motor (56) driving the at least one drive cylinder (26).

Method according to claim 21, characterized in that it further comprises automatically stopping the drive motor (56) and extending the jaws (28) upon detecting a predetermined torque value that is less than the final torque target value.

Method according to claim 21, characterized in that the drive motor (56) is one or more pneumatic, hydraulic or electric.