CN102112697A - 管状操作设备 - Google Patents

Abstract

管状构件操作装置是一种抓取工具(100)，以具有纵向轴线(202)的本体(110)形式存在，且由多个首尾相连的套筒(750)构成，每个套筒包括以所述纵向轴线为中心的截头圆锥孔(752)；每个套筒中的夹具构件(700)由夹具部段(740)组成，每个夹具部段具有侧面(168)、端面(743)、适于匹配所述截头圆锥孔的截头圆锥外表面(741)和圆柱形内表面(745)；保持架部段(220)连接到所述内表面，且具有部分地闭合所述内表面中的凹部(214)的多个窗口(222)，所述凹部在所述纵向是细长的，容纳辊筒(230)，并具有在所述纵向倾斜的基座(236)，使得在每个凹部的下端(232)，辊筒突出穿过所述窗口，且在其上端(234)，辊筒较少突出或完全不突出；偏压机构(780)，促使所述夹具部段沿外围方向彼此远离；相邻夹具部段之间的连接装置(160)，使得一个夹具部段轴向移动时，所有夹具部段一起移动。

Description

管状操作设备

本发明涉及一种操作圆柱形管状物体的设备，这些物体在它们的端部或长度的中间处具有或没有介入(intervening)凸起或凸缘。此外，本发明还涉及能够抓取这种管状物体的设备，不仅为了提升物体(在包含竖直向上的方向上，在与物体的纵向轴线平行的方向上)，而且旨在向物体施加绕所述纵向轴线的扭矩。

背景技术

地下井的钻孔包括组配管状柱(string)，例如套管柱和钻柱，每个柱均包括多个沉重的、细长的从钻机向下延伸至井眼的管状部段。所述管状柱包括许多螺纹接合的管状部段。

传统地，工人使用劳动密集型方法连接管状部段以形成一管状柱。这种方法涉及工人(通常是扶套管入扣的钻工和钳工)的使用。钻工手工将一管状部段的下端与当前管状部段的上端对齐，并且钳工使用钳子来旋转部段，将该部段螺纹连接到管状柱上。这种方法虽然有效，但是危险、麻烦且效率低。另外，钳具需要多个工人来正确地接合管状部段并将管状部段连接到管状柱。因此，这种方法是劳动密集型的，因此代价高。此外，使用钳具可能要求使用脚手架或者其他类似的结构，这些危及工人。

其他人提出了一种传送(running)工具，其使用传统的顶端驱动组件来装配管状柱。所述传送工具包括操纵器，此操纵器接合管状部段且举起管状部段进入动力辅助升降机，该升降机依靠施加的能量来支承管状部段。升降机连接到顶端驱动器，此顶端驱动器旋转所述升降机。因此，所述管状部段接触管状柱，并且所述顶端驱动器旋转管状部段并将其螺纹接合到管状柱。

虽然这种工具比用来装配管状柱的更传统的系统存在优势，但它仍然存在缺陷。一个缺陷是，所述管状部段可能由于升降机抓取冲模而造成疤痕。另外一个缺陷是，没有工人参与，传统的操纵器臂不能移动单个接缝管件并将它们放置在管甲板上。

还提出了另外一些工具来弥补以上缺陷。然而，这些工具经常无法操作尺寸不统一的管件。当操作的管件尺寸上不理想时，如，壁厚变化或管截面非正圆形，则工具充分接合管件的能力减弱。

还有很多其他的情况，期望操作其他的管状物体。实际上，对大管道截面的一般操作可能有问题，且用于抓取和装载管道的传统工具是期望的。实际上，非常大的管道截面(具有大约6000kN的重量)通常配备有提升和操作手柄，但是这些手柄一般要求人工来保证适当的连接和断开。期望的情况是，管道可以配备有简单的机构来实现升降装置的安全连接和断开，而不需要在连接时进行人工干预。当然，小得多的管道截面可能配备有这种升降设备。

生产现场采用钻台卡瓦(floor slip)，以支承正在被降到井内的套管和钻管，同时将新的长度连接到被支承的管道或套管的顶端。期望的是这样一种合适的支架设计，不需要打开来允许套管和钻管上的凸缘等穿过钻台卡瓦，而且不需要在支承和释放操作时在钻台卡瓦的直接相邻处进行人工干预。

采用紧急断开程序包来将刚性升管从海底设施连接到表面容器。这种容器一般动态地支承升管之上的位置，但是恶劣天气条件和有些时候，不能维持位置，要求从升管紧急断开的可能性。期望一种能实现这种功能的装置。

现有技术

WO2008/085700公开了一种管状操作装置，包括：开槽构件，具有多个细长的槽，且每个槽在一个方向上延伸；凹部构件，可滑动地连接到开槽构件，且有多个凹部，每个凹部在从浅端到深端的方向上呈锥形；以及多个转动构件，每个转动构件保持在一个凹部与一个槽之间；其中，每个转动构件当位于凹部的浅端时部分地延伸穿过相邻的槽；并且其中，每个转动构件当位于凹部的深端时缩进开槽构件的外周边内。这种装置对于抓取管件的内表面和外表面是有用的。然而，如果管件具有外围延伸部，那么在将装置定位在管件上时，开槽构件不能必然在这些延伸部上移动。

WO2004/067854公开了一种通过与管状物体的相对表面接触来抓取管状物体的工具，其包括：心轴，具有连接到升降机构的装置；至少一对连接到心轴的抓取组件，每个抓取组件包括：本体构件；楔状构件，相对于本体构件朝向和远离心轴在一个单独的斜面上可滑动地移动；以及滚珠或辊筒保持架，相对于楔状构件可滑动地移动，并具有至少一个滚珠或辊筒，所述滚珠或辊筒可随着滚珠或辊筒保持架相对于楔状构件在一倾斜的斜面上移动，从而抓取待被抓取的管状物体的所述相对表面中的一个。一个这种抓取组件的环状阵列可连接到心轴，每个抓取组件具有一个楔状构件和一个滚珠或辊筒保持架，使得每个滚珠或辊筒与圆形截面物体的壁面形成环状接触。这种布置很复杂。而且，扭矩不能通过工具施加到它所抓取的物体上。然而，它还公开了多个阵列，一个在另一个之上。

US2005/0160881公开了一种施加扭矩的夹持机构，具有两个或多个爪，这些爪可打开以允许将管件引入到爪内，并且可闭合以保持其内的管件。辊筒置于凹入的凹部内，并通过偏置装置保持间隔关系，由此管件的旋转可以使辊筒楔入凹部的壁和管件之间，以抓取爪内的管件。所述夹持机构可用作油田管状夹具、滑具、管道夹具以及其他机构。此外还公开了一种离合器，包括外环、保持架和内环。凹部设置在外环中并与外环一起容纳滚筒，且通过保持架保持间隔关系。

本公开的一个目的是提供一种相对简单的结构，其不仅能够提升，而且能够在需要时施加扭矩。

另一个目的是提供一种设备，当设备处在释放状态时能够允许管件的大直径截面通过设备，而不必打开和从管件上移除。

再一个目的是提供一种设备，该设备能够以比该设备所施加的夹持力更小的力从其锁定状态快速释放。

发明内容

根据本发明，提供了一种抓取工具，以具有纵向轴线的本体形式存在，且由多个首尾相连的套筒构成，每个套筒包括以所述纵向轴线为中心的截头圆锥孔；

每个套筒中的夹具构件由夹具部段组成，每个夹具部段具有侧面、端面、适于匹配所述截头圆锥孔的截头圆锥外表面、以及圆柱形内表面；

保持架部段，连接到所述内表面，并具有部分地闭合所述内表面中的凹部的多个窗口，所述凹部在所述纵向是细长的，容纳辊筒，并具有在所述纵向倾斜的基座，使得在每个凹部的下端，辊筒突出穿过所述窗口，且在其上端，辊筒较少突出或完全不突出；

偏压机构，促使所述夹具部段在外围方向上彼此远离；

相邻夹具部段之间的连接装置，使得一个夹具部段轴向移动时，所有夹具部段一起移动。

优选地，所述连接装置是螺栓，所述螺栓纵向穿过所有纵向对齐的夹具部段并将它们轴向夹持在一起。

优选地，每个所述夹具部段的顶端具有吊耳，通过该吊耳，所述夹具元件可相对于所述套筒被提升，使得所述夹具部段上滑至所述截头圆锥孔，同时在夹具部段前行过程中，在外围方向上彼此分离。

优选地，一个所述截头圆锥表面上的键滑入另一个所述截头圆锥表面的凹槽中，由此，将施加到所述套筒的扭矩传递到夹具部段。优选地，所述键和槽平行于所述截头圆锥表面的锥角。

优选地，所述键和槽位于所述侧面之间的所述夹具部段的中心。优选地，包括三个夹具部段。

优选地，所述侧面是平面，且相对于所述纵向轴线以径向平面设置。优选地，在工具的夹具位置和打开位置之间，部段从一个位置(在此位置，保持架部段的弧位于同一个圆柱面上，且截头圆锥表面彼此齐平)向释放位置移动，在释放位置，所述侧面相互隔开，且所述截头圆锥表面之间仅具有线接触。

可选地，所述截头圆锥表面为倾斜的部分圆柱面。

优选地，所述套筒位于一个空心外壳管中。该外壳管和套筒之间可具有一个键，由此将施加到外壳的扭矩传递到所述套筒。所述外壳可具有圆柱孔，该圆柱孔底端具有内壁架(ledge)，所述套筒从顶端装入，底部的一个套筒位于所述壁架上，且后续的套筒位于下面的套筒上。

优选地，所述辊筒为球体，且所述凹部具有直径与所述球体的直径基本上相等的半圆形基座。

优选地，所述偏压机构包括位于相邻夹具部段的每个相对侧面之间的弹簧。

因此，当所述吊耳各自连接于提升夹具部段的提升缆绳时，各部段充分分离，以释放夹持在夹具部段之间的任何管件。即，优选地，截头圆锥表面相对于纵向轴线的倾斜角度大于凹部基座的倾斜角度。后者优选地在3度至10度之间，更优选地在5度至8度之间。前者优选地在10度至20度之间，更优选地在13度至16度之间。

优选地，工具设计用来夹持管状构件，所述管状构件的直径使得当夹具部段以配合的侧面相互邻接，且截头圆锥表面也配合时，辊筒在均匀地接触管件时距离凹部的顶端比底端更近。这提供了最大的公差，同时仍然保持夹具部段和套筒之间最强的连接。当然，管件应该更大些，这样可行的是，辊筒可在凹部的顶端与管件接触，而夹具部段的侧面与侧面不匹配接触。这仍然是可接受的，因为各部段稳固地楔入管件的匹配圆柱面、它们的内表面、夹具部段外表面的截头圆锥表面(实际上优选地，倾斜圆柱面)和套筒的孔之间。

附图说明

参照附图，从以下详细描述可更好地理解本公开。需要强调的是，根据行业中的标准惯例，各个特征未按比例绘制。实际上，为了讨论清晰，各个特征的尺寸可任意增大或减小。

图1a、图1b和图1c分别是根据本发明的两套筒抓取工具的剖切透视图、管状外壳视图和图1a的工具的分解视图；

图2是示出了根据本发明的工具的一般操作原理的侧截面；

图3是在本发明的另一实施方式中使用的夹具部段的分解侧视图和形成部分完整夹具构件的两个其他部段的组装视图；

图4a和图4b是使用图3的夹具构件的四套筒抓取工具的侧截面，图4a示出了处于闭合或夹持位置的工具，且图4b示出了打开状态的工具。

图5是图4a和图4b所示工具的剖切透视图；以及

图6是示出根据本发明的工具的尺寸效果的侧截面。

具体实施方式

可以理解，以下公开信息提供了很多不同的实施方式或实例，为了体现各个实施方式的不同特征。以下将描述部件和结构的具体实例，以简化本公开。当然，这些仅仅是实例，而不是为了限制的目的。另外，在各实例中，本公开可能重复参考标号和/或字母。这种重复是为了简单和清晰，其本身不表示各种实施方式和/或所讨论的构造之间的关系。此外，在以下描述中，在第二特征之上或超越第二特征的第一特征的形成可包括第一特征和第二特征直接联系而形成的实施方式，也可包括介于第一特征和第二特征之间而形成附加特征的实施方式，这样第一特征和第二特征可能不直接联系。

参照图1a至图1c，示出的是根据本公开的一个或多个方面的装置100的至少一部分的透视图。工具100包括管状外壳110。

工具100被配置成接收并至少临时抓取、摩擦接合或以其他方式保持管状构件105(见图2)。例如，工具100可配置成抓取或以其他方式摩擦接合管状构件105的外表面。工具100接合管状构件105的程度可足够支持至少5吨的安全工作负荷(SWL)。然而，工具100的其他SWL值也在本公开的范围内。

此外，工具100接合管状构件105的程度也可足以向管状构件105传递扭力，例如可通过传送工具(未示出)从顶端驱动器或钻杆(也未示出)的其他部件进行传递。在示例性实施方式中，通过工具100施加到管状构件105上的扭矩可至少为大约6700Nm(约5000ft-lbs)，这可足以在所述管状构件105和另一管状构件之间“建立”连接。此外或可选地，可施加到管状构件105上的扭矩至少为大约67,000Nm(约50,000ft-lbs)，这可能足以“破坏”所述管状构件105和另一管状构件之间的连接。然而，其他扭矩值也在本公开的范围内。

谈及的管状构件可为井眼套管构件、钻柱管件、管道构件、卡箍管件、和/或其他管状件。管状构件105可为单一管截面的，或者预先装配的双截面的或三截面的。管状构件105可以是或包括一段管道，例如可用于运输液体和/或流体材料。可选地，管状构件105可以是或包括一个或多个其他管状结构构件。所述管状构件可具有大体为圆柱形环状的环形横截面，但是其近似的形状也可被接合。

管状构件105在尺寸上可能不统一或不理想。即，管状构件可能不呈现理想的圆筒或圆形，如此，管状构件105的外表面上的所有点在某一轴向位置处可能不能形成一个正圆。可选地或此外，管状构件105可能不呈现理想的圆柱形，这样，外表面上的所有点与工具100的纵向轴线202可能不等距，和/或管状构件105可能不呈现理想的同轴度，这样，外表面的所有横截面部分的轴线可能与纵向轴线202不共轴。

参照图2，示出的是工具100的夹持构件700的示例性实施方式中绕管状构件105的至少一部分的截面图。夹持构件700包括凹部构件210、开槽的或以其他方式穿孔的保持架构件220、以及多个辊筒构件230。

凹部构件210大致形成为圆柱形，内部具有多个凹部214。保持架构件220通常是开槽的，具有窗口222，但是不限于这种结构。保持架构件220固定于凹部构件210，优选地通过螺钉(未示出，但图5中可见螺钉501)。每个槽或窗口222构造成与凹部构件210的一个凹部214配合，以保持一个辊筒构件230。此外，每个凹部214和槽222如此配置，使得当辊筒构件230移动远离凹部214的最大深度214a(即，向凹部的下端232)时，辊筒构件230进一步突出穿过槽222且超过开槽构件220的内周边224，并且当辊筒构件230朝向凹部214的最大深度214a移动(即，向上端234)时，辊筒构件230也在开槽构件220的内周边224内朝向缩回位置移动。即，凹部的基座236相对于纵向轴线202倾斜，且相对于工具使用时的正常定向而向内且向下倾斜(参见图2)。

每个槽222可具有椭圆形或其他的细长轮廓，这样，每个槽222的长度大于宽度。槽222的长度位于工具100的纵向轴线202的方向上。每个槽222的壁可径向向内成锥形。

每个凹部214具有的宽度(见图2所在页)可至少大约等于或稍大于每个辊筒构件230的宽度或直径。每个凹部214具有的长度也可大于槽222的最小长度。辊筒构件230的宽度或直径至少大于槽222的内轮廓的宽度。

由于每个槽222在凹部214的锥形方向上是细长的，所以每个辊筒构件230基于管状构件105的近似尺寸特征可从开槽构件220突出一独立量。例如，如果管状构件105的外径在接近于管状构件105的端部105a处较小，则相对于最靠近管状构件105的中央部位的辊筒构件230从开槽构件220突出的距离，最靠近管状构件105的端部105a的辊筒构件230从开槽构件220突出一更大的距离。

每个辊筒构件230可以是或包括大致球形的构件，例如钢球轴承。然而，其他材料和形状也在本公开的范围之内。例如，每个辊筒构件230可选地为圆柱形或锥形销，构造成在凹部214限定的斜面上上下滚动。

参照图3，示出的是图2中的夹持构件700的分解透视图。由图3可见，夹持构件700实际上包括(在此实施方式中)三个夹持部段700a、700b和700c，部段700a分解示出且与其他两个部段分离。由此亦可见，开槽的保持架构件220和凹部构件210同样每个都具有三个部段。

工具100还包括支架(holder)740，此支架也包括三个独立的部分740a、740b和740c。其他功能上等效的构造可将支架740a、740b、740c和凹部构件210a、210b、210c组合，以形成适用于各种情况的整体构件。每个支架部分740a、740b、740c可包括凸缘745，该凸缘被配置成与另一支架部分740a、740b、740c的凸缘745连接，这样，支架部分740a、740b、740c可组装形成碗状结构，该结构被配置成支持凹部构件210的凹部部分210a、210b、210c，以及部分220和辊筒构件230。

图4A和图4B是图3中所示的夹持构件700分别在接合位置和脱离位置的侧截面图。同时参照图4A和图4B，并继续参照图3，工具100包括竖直堆置的多个夹持构件700。以下，夹持构件700也可被称为竖直部段，以反映它们竖直堆置的布置。在图4A和图4B示出的示例性实施方式中，装置100包括四个竖直部段700。但是在其他实施方式中，装置可包括更少或更多的部段。由装置施加到管状构件的抓取力至少与竖直部段(夹持构件)700的数量部分地成比例，这样，增加部段700的数量就增加了装置100的提升能力，同样增加了可由装置施加到管状构件上的扭矩。每个竖直部段700可大致相似或相同，但顶端和底端部段700可具有独特的接口来连接例如在顶端驱动器(未示出)和套管柱之间的附加设备。实际上，底端夹持构件700d与附加裙部760同时示出，以容纳底端支架740d，将在下面进一步描述。

每个支架740的外轮廓在770处以截头圆锥形式形成锥形，(但是，优选地，截头圆锥体是圆柱体的一个特例，且可替代地，圆柱面770的轴线仅朝向(以致相交)工具的纵向轴线202倾斜，这样，每个支架740的下端比它的上端具有更小的直径。装置100的每个竖直部段700还包括管状外壳套筒750，该外壳套筒具有的内轮廓被配置成与支架740的外轮廓770配合，这样随着支架740朝向接合、夹持位置(图4a)向下运动(相对于外壳套筒750)，支架740径向向内收缩。然而，当支架740朝向脱离位置(图4b)向上运动时，支架740径向向外扩张。

装置100的顶端部段700a可包括接口(钩眼)760，该钩眼被配置成与一个或多个液压缸和/或其他致动器(未示出)相连接。此外，每个支架740与其上下相邻的支架740相连接。因此，由连接到接口760的一个或多个致动器驱动的竖直运动引起所有支架740的同时竖直运动。所以，由一个或多个致动器驱动的支架740的向下运动使得辊筒构件230接合管状构件105的外表面，反之，由一个或多个致动器驱动的支架740的向上运动使得辊筒构件230脱离管状构件105。由一个或多个致动器施加的力驱动支架740向下运动以使辊筒构件230和管状构件105接合，这种力是预加载的一个实例，如果重力不能用来向下抵压支架，则可施加该预加载以预先抓取管状构件105。

现在返回参照图1a、图1b和图1c，工具100是一种双截面工具，具有两个竖直对齐的夹持构件700d、700e。此处，管状外壳110包括一个简单的管，此管具有底端内凸缘152，底端外壳750d的外凸缘154位于该底端内凸缘上。顶端外壳750e的底端凸缘156位于底端外壳750d的上边缘158上。键170通过螺栓171固定在外壳110内部，且在外壳套筒750d、750e外部上的轴向延伸槽172中滑动。于是，可由外壳110将扭矩传递到套筒750d、750e。

每个竖直对齐的支架740由一对螺栓160互相连接。间隔件162和弹簧164置于它们之间，并通过锁紧螺母166完成连接，当拧紧锁紧螺母时，允许支架740之间的一些相对竖直运动。这样的目的是允许每个夹持构件700d、700e独立地夹持在管状构件105上。

在使用中，管状构件105从工具100的下面插入。在此之前，支架740被降低进入到管状外壳110和套筒750d、750e中，以便它们向内塌陷(collapse)到图4a所述的夹持位置，在此位置，相邻支架部分740a、740b、740c的径向面168相互邻接。在此位置，保持架构件220和支架740的内表面(在此还构成上述图3中的凹部构件210)基本上位于同一圆柱体的表面上。该圆柱体与将被支承的管状构件105的柱体设计相符合。然而，当从下面插入时，管件可能不能绝对是这样。实际上，外壳套筒750d、750e的截头圆锥内表面或者支架740的相应外表面770可能呈现出一定的公差。最终，辊筒230的拾取也可显示出一些变化。这些不同在一定程度上可以调节，且当螺栓160提供的允许两个夹具构件700d、700e之间有小的自由运动时，这些不同在两个夹具构件之间被分担。因此，当从下面插入进而提升管状外壳110时，辊筒230逐渐咬入管状构件105。一些辊筒230可能与其他的咬入程度不同，且为适应，支架740的局部分离允许一定的可调节的公差。

如上所述，支架具有所述截头圆锥外表面770。这些与外壳套筒750的相应截头圆锥内表面752配合。表面770包括装配到外壳套筒750的槽754中的键742。如果表面770、752是正圆锥形的，那么它们仅在一个轴向位置配合成为面接触，这发生在支架部分740a、740b、740c的径向面168邻接时。在这种情况中，当支架740上升时，在表面770、752之间仅维持线接触。因此，优选地，如上所述，接合表面770、752是倾斜圆柱面，在这种情况下，在所有轴向位置为面接触。然而，由于仅当支架740处于夹持位置时有载荷施加，所以这不是一个显著的重要点。然而，键742优选地位于每个支架740的中心。键742在外壳套筒750和支架740之间传递扭矩。

当管状构件105被工具100释放时，管状构件105的重量通过其他手段(未示出)从工具100上减少。这些手段可简单地包括在管状构件105降低进入到井眼之后达到前行极限。可选地，这些手段可包括钻台卡瓦装置(其自身可采用根据本发明的工具的形式)。当重量被释放时，支架740在外壳套筒750内被提升。当支架740相对于外壳套筒750上升时，弹簧780抵压径向面168分离。支架740和外壳套筒750的锥形表面770、752允许夹具部段显著扩展，从而不仅释放管状构件105，而且位于管状构件105中的增补物(enlargement)可穿过工具100。在相邻的钻管部分之间的连接可能具有较大直径的钻柱中，这是经常发生的情况。

表面770、752上的锥度相对于纵向轴线202优选地是大约15度。虽然图2中显示的大得多，但凹部214的基座相对于纵向轴线的倾斜度仅约为10度。这样的效果是，提升支架740即刻就释放夹持压力，而不需要很大的力。实际上，这种布置使得在一些应用中，在释放工具100之前，不必减小管状构件105的载荷。紧急情况下可能要求如此。实际上，海底设备和表面容器之间的脐带式(umbilical)连接经常必须突然释放，而本发明的布置提供了这种能力。

将夹持构件700分为短的竖直部分所提供的优点是，在相对受限制的直径内可提供支撑支架740的足够长的轴向长度所需的斜面，以便对于所设想的载荷在管状构件105上可获得得到充分的抓取。图6示出了单竖直截面工具所应该具有的轮廓600，条件是其具有与图1a、图1b和图1c所示的双截面工具100相同的抓取力。这可简单地通过延伸下部分的椎体602而实现，如果仅使用单夹具部分，则应该这样处理。这样不仅增大了工具的尺寸(图6中由直径d到直径D)，而且工具的质量也相应地增加。实际上，通过由几个部件(管状外壳110和外壳套筒750)来构造外壳，可实现特别紧凑的设计，并且因为很少需要底切(undercut)，所以相对容易制造。

因此，每个支架部分740a、740b、740c具有所述截头圆锥外表面770(其含意包括倾斜圆柱形或其他近似的形状)、径向面168(在示出的布置中是径向平面，但这不是必需的，因此，径向面168也可称为侧面)、邻接端面(参见图1a和图1c中的顶面743，吊耳760固定在该顶面上)、以及圆柱形且凹进的内面746(除了在图2和图3中，其余不可见)，这可在独立的部件210中构造。

以上概括了几个实施方式的特征，使得本领域技术人员可更好地理解本公开的各方面。本领域技术人员将理解，他们可容易地利用本公开作为基础来设计或修改其他流程和结构，以实现同样的目的和/或得到这里所引入的实施方式的同样优点。本领域技术人员还应该意识到，这种等同结构没有背离本公开的精神和范围，而且在不背离本公开的范围的前提下，本领域技术人员可进行各种变化、替代和修改。

例如，通过对本领域技术人员而言显而易见的适当改变，本发明的实施方式的应用不限于钻台卡瓦、操作装置和紧急断开设备。

例如，在钻台卡瓦的情况下，通过在管状外壳套筒内提升夹持构件，可简单快速地实现管件的释放。在这种提升中，各个部段的扩展打开穿过工具的孔，使得通过钻台卡瓦控制的钻管或套管上的凸起和其他凸缘可穿过工具，而不需要打开工具并从管件上横向移除。

在一般的操作装置情况下，或者尤其是对于大型的管道截面，例如，可提供一个简单的管或杆作为手柄，由本发明的工具抓取。实际上，凸缘可设置于手柄的端部，以防工具的抓取摇晃或掉落的情况发生，由此，凸缘将抓住支架的上表面，并抵压支架使之与手柄更紧密的接合。在支架的锁紧位置，凸缘将不能穿过工具，由此提供一个安全机构。然而，在正常操作中，由在外壳套筒中被提升的支架释放工具时，夹持构件的扩展打开它们之间的通道，使得可调节手柄上的凸缘来实现工具从(和伴随)手柄上的正常释放(和接合)。

在紧急断开程序包的情况下，提升支架所需的力比支架抓取管件施加的夹持力小得多，由此促进了快速断开。

贯穿本说明书的描述和权利要求，词汇“包括”和“包含”及它们的变化形式意味着“包括但不限于”，并且它们并不旨在(以及不会)排除其他部分、添加物、部件、整体或步骤。贯穿本说明书的描述和权利要求，单数形式包含复数，除非上下文另有要求。特别地，在使用不定冠词处，应理解本说明书考虑了单数和复数形式，除非上下文另有要求。

与本发明的特殊方面、实施方式或实例相结合描述的特征、整体、特性、混合物、化学部分或群组应被理解为适用于此处描述的任何其他方面、实施方式或实例，除非与此不相符。本说明书(包括任何所附的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征，和/或所公开的任何方法或流程的所有步骤，可以任意组合，除这些特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合之外。本发明不限于前述任何实施方式的细节。本发明延伸至本说明书(包括任何所附的权利要求、摘要和附图)公开的特征中的任何一个新颖的特征或任何新颖的组合，或延伸至所公开的任何方法或流程的各步骤中的任何一个新颖的步骤或任何新颖的组合。

读者的注意力应针对与本申请相关的、与本说明书同时或先于本说明书申请的且随着本说明书向公众开放查阅的所有文件和文档，并且所有这些文件和文档的内容结合于此作为参考。

参考标号

100           能够提升和施加扭矩的工具

105           管状邻接件/管状构件

105a          管状构件105的端部

110           (工具100的)管状外壳

152           (管状外壳110的)底端内凸缘

154           (底端外壳750d的)外凸缘

156           (顶端外壳750e的)底端凸缘

158           (顶端外壳750e的)上边缘

160           螺栓(用于连接竖直对齐的支架740)

162           间隔件(用于连接竖直对齐的支架740)

164           弹簧(用于连接竖直对齐的支架740)

166           锁紧螺母(用于连接竖直对齐的支架740)

168           (相邻对齐的支架740的)径向面或侧面

170           (管状外壳110的)键

171                 螺栓(将键170固定于管状外壳110)

172                 轴向延伸槽(位于外壳套筒750d、750e的外部)

202                 (工具100的)纵向轴线

210                 (夹持构件700的)凹部构件

210a、210b、210c    凹部构件210的各个部段

214                 (凹部构件210的)凹部

214a                凹部214的最大深度

220                 (夹持构件700的)(开槽或其他形式的)保持架构件

222                 (保持架构件220的)窗口或槽

224                 开槽构件220的周边

230                 (夹持构件700的)的辊筒构件

232                 凹部214的下端

234                 凹部214的上端

236                 凹部214的基座

501                 螺钉(将保持架构件220固定到凹部构件210)

700                 夹持构件/竖直部段

700a、700b、700c    夹持构件700的各个部段

700d                底端夹持构件/竖直部段

740                 (工具100的)支架

740a、740b、740c    支架740的独立部分

742                 (支架740的外表面741的)键

743                 (顶端)支架740的顶面或邻接端面

745                 支架740的每个部分740a、740b、740c的凸缘

750     (每个竖直部段700的)管状外壳套筒

750d    底端管状外壳套筒

750e    顶端管状外壳套筒

752     (支架740的)截头圆锥外表面

754     (支架740的外表面741的)键

760     (底端夹具构件700d的)裙部

770     (每个支架740的)锥形柱形外轮廓

780     弹簧(抵压径向面168分离)。

Claims (24)

1.一种抓取工具，以具有纵向轴线的本体形式存在，且由多个首尾相连的套筒构成，每个套筒包括以所述纵向轴线为中心的截头圆锥孔；

每个套筒中的夹具构件由夹具部段构成，每个夹具部段具有侧面、端面、适于匹配所述截头圆锥孔的截头圆锥外表面和圆柱形内表面；

保持架部段，连接到所述内表面，并具有部分地闭合所述内表面中的凹部的多个窗口，所述凹部在所述纵向是细长的，容纳辊筒，并具有在所述纵向倾斜的基座，使得在每个凹部的下端，所述辊筒突出穿过所述窗口，且在其上端，所述辊筒较少突出或完全不突出；以及

相邻夹具部段之间的连接装置，使得一个夹具部段轴向移动时，所有夹具部段一起移动。

2.根据权利要求1所述的抓取工具，其中，所述连接装置是螺栓，所述螺栓纵向穿过所有纵向对齐的夹具部段并将它们轴向夹持在一起。

3.根据权利要求1或2所述的抓取工具，其中，每个所述夹具部段的顶端具有一个吊耳，通过所述吊耳，所述夹具元件可相对于所述套筒被提升，使得所述夹具部段上滑至所述截头圆锥孔，同时在夹具部段前行过程中，在外围方向上彼此分离。

4.根据权利要求1、2或3所述的抓取工具，其中，一个所述截头圆锥表面上的键滑入另一个所述截头圆锥表面的凹槽中，由此，将施加到所述套筒上的扭矩传递到所述夹具部段。

5.根据权利要求4所述的抓取工具，其中，所述键和槽平行于所述截头圆锥表面的锥角。

6.根据权利要求5所述的抓取工具，其中，所述键和槽位于所述侧面之间的所述夹具部段的中心。

7.根据以上任意一项权利要求所述的抓取工具，其中，包括三个夹具部段。

8.根据以上任意一项权利要求所述的抓取工具，其中，所述侧面是平面，且相对于所述纵向轴线以径向平面设置。

9.根据以上任意一项权利要求所述的抓取工具，其中，在所述工具的夹具位置和打开位置之间，部段从保持架部段的弧位于同一个圆柱面上且截头圆锥表面彼此齐平的位置向释放位置移动，在所述释放位置，所述侧面相互隔开，且所述截头圆锥表面之间仅具有线接触。

10.根据权利要求1至8中任意一项所述的抓取工具，其中，所述截头圆锥表面为朝向所述纵向轴线倾斜的部分圆柱面。

11.根据以上任意一项权利要求所述的抓取工具，其中，所述套筒位于一个空心外壳管中。

12.根据权利要求11所述的抓取工具，其中，所述外壳管和套筒之间有一个键，由此将施加到外壳的扭矩传递到所述套筒。

13.根据权利要求11或12所述的抓取工具，其中，所述外壳管具有圆柱孔，所述圆柱孔的底端具有内壁架，所述套筒从顶端装入，底部的一个套筒位于所述壁架上，且后续的套筒位于下面的套筒上。

14.根据以上任意一项权利要求所述的抓取工具，其中，所述辊筒为球体，且所述凹部具有直径与所述球体的直径基本上相等的半圆形基座。

15.根据以上任意一项权利要求所述的抓取工具，其中，所述偏压机构包括位于相邻夹具部段的每个相对侧面之间的弹簧。

16.根据权利要求15所述的抓取工具，其中，当所述吊耳各自连接于提升夹具部段的提升缆绳时，各部段充分分离，以释放夹持在夹具部段之间的任何管件。

17.根据以上任意一项权利要求所述的抓取工具，其中，截头圆锥表面相对于纵向轴线的倾斜角度大于凹部基座的倾斜角度。

18.根据以上任意一项权利要求所述的抓取工具，其中，所述凹部基座相对于纵向轴线的倾斜角度在3度至10度之间，优选地，在5度至8度之间。

19.根据以上任意一项权利要求所述的抓取工具，其中，所述截头圆锥表面相对于纵向轴线的倾斜角度在10度至20度之间，优选地，在13度至16度之间。

20.根据以上任意一项权利要求所述的抓取工具，其中，工具设计用来夹持管状构件，所述管状构件的直径使得当夹具部段以配合的侧面相互邻接，且截头圆锥表面也配合时，所述辊筒在均匀地接触管件时距离凹部的顶端比底端更近。

21.根据以上任意一项权利要求所述的抓取工具，其中，每个夹具构件包括一个连接到支架的凹部构件，其中，所述支架提供所述截头圆锥外表面，且所述凹部构件提供所述圆柱形内表面。

22.根据权利要求21所述的抓取工具，其中，所述凹部支架是一个坚硬部件，以抵抗所述辊筒所施加的压力。

23.根据以上任意一项权利要求所述的抓取工具，其中，一偏压机构促使所述夹具部段沿外围方向彼此远离。

24.根据权利要求21所述的抓取工具，其中，所述偏压机构是位于所述夹具部段的所述侧面之间的弹簧。

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