CN102459804B - 钻杆操作装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个实施例，钻杆操作装置包括可移动夹钳。用于所述钻杆操作装置的位置传感器系统包括水平传感器，该水平传感器构造成检测所述可移动夹钳相对于重力的位置。所述位置传感器系统还包括旋转传感器，该旋转传感器构造成检测所述可移动夹钳相对于与重力平行的限定轴线的旋转位置。另外，所述位置传感器系统包括可通信地连接至所述水平传感器和所述旋转传感器的控制中心。

Description

钻杆操作装置

技术领域

本发明涉及用于细长零件（例如有一定长度的钻杆、柱、实心管、薄壁管等）的操作装置。

在整个说明书中，术语“钻杆”被认为是包括在地面的洞孔和井的钻孔、安装和维护中所使用的所有形式的细长构件，包括杆、管子、管道和以长度形式提供的壳体，并且它们互相连接以在洞孔中被使用。

背景技术

本发明的一种特定应用涉及一种可与在钻孔中使用的钻机一起使用的配件。这种钻机通常包含直立的桅杆，该直立桅杆具有安装在其上的钻床头，其中钻床头能够沿着桅杆移动，并且钻头设有可接收和接合钻柱的上端，并且可向钻柱施加旋转力的装置，以使其在钻孔中旋转，从而这种旋转通过安装在钻柱下端的钻头产生切割作用。钻柱包括首尾相连的多个钻杆。每个钻杆通常最多等于桅杆的高度。通常，每个钻杆可具有高达约六米的长度。在钻孔操作期间，当钻床头达到桅杆的下端时，钻柱被夹住，钻床头从钻柱分离。然后钻杆的新长度上升到位，以使所述新长度的上端接合至钻床头，所述新长度的下端与钻柱的上端接合。一旦钻杆的新长度已经被安装，那么钻孔操作可重新开始，直到钻床头再次达到桅杆的下端。在可能延伸几百米的深洞孔的钻孔工作期间，必须以非常有规律的间隔将钻杆的新长度定位进钻柱中。

钻机经常安装在机动车辆（例如卡车或货车）的底盘上。钻杆可安装进存储区，使得它们以堆叠排列的方式水平地位于同一车辆上的钻孔桅杆旁边。可选地，钻杆可安装在停于钻机旁边的车辆上，或堆叠在钻机旁边的地面上。

用于将钻杆提升至桅杆的一种常见方法包含沿着钻杆安装夹具、将夹具连接至由位于桅杆上端的绞车支撑的线缆上、然后将钻杆提升到位。这要求由钻机工作人员中的一成员操纵，要求其在钻杆的长度上升到位时支持和引导钻杆长度的最下端。由于钻孔场所的性质，该工作是非常危险的。另外，在提升钻杆期间，在钻杆的上部撞击钻孔桅杆上的某些障碍物时，会引起其下端以不可预知的方式移动，可能对工作人员造成伤害是已知的。另外，该过程需要引导一端的工作人员与控制绞车的其他工作人员之间的密切配合。

类似地，在提升钻柱期间，必须有规律地从钻柱移除钻杆并将这些钻杆安放在位于桅杆旁边的存储区，桅杆或者可位于与钻机相同的车辆上、在相邻的车辆上、或者在钻机旁边的地面上。这也会对需要操作和存放钻杆的人员造成危险。

过去，提出了用于操作钻杆的可选设备。AU693382和US6298927描述了这种例子。纵观本说明书，本发明背景技术和现有技术的描述旨在促进对本发明的理解。应当理解的是，所述讨论不是确认或认为所提及的任意材料在本申请优先权日时是澳大利亚或世界上公知常识的一部分。

发明内容

根据一个实施例，钻杆操作装置包括可移动接合装置，其构造成接合钻杆，并将钻杆在第一位置与第二位置之间移动。所述钻杆操作装置进一步包括构造成以检测第一位置和第二位置的一个或多个位置传感器。所述一个或多个位置传感器可通信地连接至控制中心。所述控制中心基于所述可移动接合装置的位置允许或限制可移动接合装置接合或松开钻杆。

根据另一个实施例，用于钻杆操作装置的位置传感器包括壳体，该壳体具有可旋转地连接至所述壳体的摆锤。摆锤包括触发器。所述位置传感器进一步包括接近开关，其构造成在相对于重力的特定位置检测所述触发器。

根据本发明的另一示例性的实施方式，钻杆操作装置包括可移动夹钳。用于钻杆操作装置的位置传感器系统包括水平传感器，其构造成检测可移动夹钳相对于重力的水平位置。所述位置传感器系统进一步包括旋转传感器，其构造成检测可移动夹钳相对于与重力平行和/或与桅杆对齐的限定轴线的旋转位置。另外，所述位置传感器系统包括可通信地连接至水平传感器和旋转传感器的控制中心。

本发明的另一实施例包括一种使用可控制夹钳操作钻杆的方法。所述方法包括在第一位置使用可控制夹钳接合钻杆。在接合钻杆时，所述方法进一步包括锁定可控制夹钳并将钻杆从所述第一位置向第二位置输送。此外，所述方法包括在第二位置解锁可控制夹钳和松开钻杆的动作。

从下面的描述可更加全面地清楚本发明的这些以及其它目的和特征，或者可通过下文所述的本发明的实践学习到。

附图说明

为进一步阐述本发明的上述及其它优点和特征，参考附图中示出的具体实施方式将提供本发明的更加详细的描述。应当理解，这些附图仅描绘了本发明的举例说明的实施方式，因此不能认为是对其范围的限制。通过使用附图来进一步具体化和细化地描述和解释本发明，其中：

图1为根据第一实施方式的钻杆操作装置的等视轴图，当钻杆已经开始被接合构件接合时，所述钻杆操作装置及时地与钻孔桅杆连接；

图2为对应于图1的等视轴图，示出了接合构件沿着细长构件支撑支撑的运动；

图3为对应于图1和2的等视轴图，示出了钻杆在其细长构件支撑支撑上的最终位置；

图4为对应于前述附图的等视轴图，阐明了从存储仓提升的钻杆；

图5为对应于前述附图的等视轴图，阐明了被提升至其直立位置时的钻杆；

图6为立体图，阐明了绕着环绕第二轴线的旋臂枢转的细长构件支撑；

图7为上部等视轴图，阐明了在其负载位置与其最终位置之间的中间位置的旋臂；

图8为对应于图7的等视轴图，阐明了钻孔桅杆上的旋臂和在最终位置的钻杆；

图9为钻杆操作装置的等视轴图，阐明了杆操作装置的示例性实施方式中的位置传感器的一种可能结构；

图10为钻杆操作装置的等视轴图，阐明了第二位置传感器的一种可能结构；

图11A阐明了操作钻杆的示例性图表；

图11B阐明了操作钻杆的示例性方法；

图12为水平传感器的示例性实施方式的等视轴图；

图13为水平传感器的示例性实施方式的分解图；

图14为可用在水平传感器中的摆锤组件的示例性实施方式的等视轴图；

图15A至15C阐明了相对于细长构件支撑位置的水平传感器位置的示例性实施方式；

图16为安装至位于钻杆操作装置上的动力驱动器的旋转传感器实施例的等视轴图；

图17为旋转传感器的示例性实施方式的等视轴图；

图18为旋转传感器的示例性实施方式的等轴剖面图；

图19A至19C阐明了相对于细长构件支撑位置的旋转传感器位置的示例性实施方式。

具体实施方式

提供了一种可归并到钻机或者作为附件或者作为钻机主要部分的钻杆操作装置。这种钻机通常包含从滑动台向上延伸的直立桅杆。所述桅杆可包括沿着桅杆在与滑动台相邻的下部位置与朝着桅杆自由端的上升位置之间可移动的传动机头。所述桅杆可在其安装点绕着一横截轴枢转，所述横截轴大体上位于滑动台的平面内。桅杆的枢轴运动受控制，并且使桅杆能够采取多种直立位置，这些直立位置可包括水平或垂直位置，以使能够以任何期望的角度钻出钻孔。

在至少一个实施例中，钻机可安装至车辆上（未示出）。在其它实施例中，钻机可通过车辆运输，然后在从车辆卸下时保留在固定位置。在另一些其它实施例中，钻机可以与例如Mini Sonic®钻机相同的方式构造成本身是便携式的。

钻床头设有可接收和接合钻柱（未示出）的上端的装置，该装置可向钻柱施加旋转力，以使其在钻孔内旋转，由此这种旋转通过安装在钻柱下端的钻头产生切割作用。另外，钻床头可具有用于向钻柱施加轴向力的装置，并且与压缩空气源相连，以向钻头提供压缩空气，从而促进来自钻孔得切割的贯穿间隙以及流体操作的铁锤的操作，其中流体操作的铁锤可与钻头或柱相连。同样地，在某些情形下，钻床头还可任选地施加振动能量，用于本领域内已知的声频钻削过程。

钻柱可包括首尾相连的多个钻杆其中，其中，任意个体的钻杆的长度通常最多等于桅杆的高度（例如，大致六米）。在钻孔操作期间，当钻床头达到桅杆的下端时，钻柱被留存至桅杆上，传动机头从钻柱分离，以被上升至桅杆的上端。然后新的钻杆被上升到位，以便下一钻杆的上端被接合至钻床头，并且钻杆的下端松开。然后，钻床头将下一钻杆向下移动，以接合钻柱的上端。一旦下一钻杆被安装，那么钻孔操作可重新开始，直到钻床头再次达到桅杆的下端为止。

在可能延伸几百米的深洞孔的钻孔工作期间，必须以有规律的间隔将钻杆的新长度定位进钻柱中。通常，钻机设有可容纳待使用的钻杆的存储区23，使得它们以堆叠排列的方式水平地位于同一车辆上或者可选地在停于钻机旁边的车辆上的钻孔桅杆的旁边，或者在钻机旁边的地面上。

过去，从存储仓将新钻杆上升至桅杆的一般方法包含将夹具安装到沿钻杆长度的中间位置，将夹具连接至由位于桅杆上端的绞车支撑的线缆上，然后将钻杆提升到位。这需要钻机工作人员中的一成员的大量人工介入，在钻杆被上升到位时要求该工作人员支撑和引导钻杆的最下端。另外，该过程需要引导一端的工作人员与控制绞车的其他工作人员之间的密切配合。在移除钻杆的长度的相反过程中，需要相似量的体力劳动，以控制钻杆与绞车线缆的结合。有时在钻柱的上升期间，必须从钻柱有规律地移除钻杆，并将那些钻杆放在位于桅杆旁边的存放架中，其中桅杆或者可位于与钻机相同的车辆上，或者在一些相邻的车辆上，或者在钻机旁边的地面上。

根据本文所述实施方式的钻杆操作装置的目的是使得从位于钻机桅杆最近处的存储区23拾取钻杆，并将钻杆输送进与位于钻孔内的钻柱相对齐的位置，当钻杆在存储区23与钻柱之间移动时无需工作人员操纵和支撑，也不用使用绞车线缆。根据本文所述实施方式的钻杆操作装置提供了，一旦钻杆到达支撑钻杆上端的传动机头的位置，那么钻柱就可与钻杆的上端接合，以使钻杆下降至与钻柱的上端接合。

在图1阐明的实施例中，钻杆操作装置100结合至钻机110或与钻机110一体。钻杆操作装置100包括旋臂11和细长构件支撑13。细长构件支撑13具有第一轴线X和细长延伸17。所述细长延伸延伸至细长构件支撑13的一侧，与第一轴线X大体上同轴。所述细长构件支撑包含保持机构，例如一对夹钳15，其可沿着与第一轴线X平行的轴线纵向地间隔开，并且每个夹钳都包含可彼此靠近或远离的一对夹紧元件，以有选择地接合和保持钻杆21的侧壁，由此当钻杆21由细长构件支撑13支撑时，它被支撑成与第一轴线X平行并且与其横向地间隔开。

细长构件支撑13还包括接合构件19，该接合构件19可滑动地支撑在延伸构件17上，可沿着与第一轴线X平行的方向移动。接合构件19包含另一保持机构，例如夹钳，其可操作，以使它有选择地接合和保持钻杆21。

细长构件支撑13安装至旋臂11的一端，旋臂11的另一端安装至钻孔桅杆10或其附近。细长构件支撑13可在旋臂11上绕着第二轴线Y旋转，所述第二轴线Y与第一轴线X成横向，并且包括旋臂11的纵向轴线。旋臂11还能够相对于钻孔桅杆10绕着第三轴线Z枢轴运动，所述第三轴线Z与钻孔桅杆的轴线大体上平行，从而与钻柱大体上平行。在一个实施例中，旋臂11绕着第三轴线Z在钻机110上的枢轴运动的范围可大约为270度。

第一动力驱动器26设在旋臂11与细长构件支撑13之间，以使细长构件支撑13绕着第一轴线X旋转，并且第二动力驱动器27设在旋臂11与细长构件支撑13之间，以引起细长构件支撑13绕着第二轴线Y的旋转。第三动力驱动器28（图7中所示）设置成使旋臂11绕着第三轴线Z旋转。这些动力驱动器可采取任意形式的驱动器，可包括液压的、气动的、电力的、机械的或类似的动力源。

在一个实施例中，钻杆操作装置100构造成接合位于存储区23中的钻杆21。存储区23可位于钻孔桅杆10的一侧。存储区23可容纳在支撑钻机110的车辆20上，或者在另一车辆上，或者支撑在地面上，或者与钻孔桅杆10紧邻的其它适当结构上。

存储区23由任意已知类型的存储机构限定，例如一组纵向间隔开的U形构件25。当细长构件支撑13位于存储区23紧邻处并且延伸17覆在其中的钻杆21上时，所述一组纵向间隔开的U形构件25能够绕着位于U形构件下方并且与位于存储区23内的钻杆21的的纵向轴线平行以及与第一轴线X平行的轴线旋转。可枢转支撑使所述一组U形构件25倾斜，引起钻杆21被定位好，以准备与细长构件支撑13接合。

操作中，如图1-8中阐明，钻杆操作装置100构造成接合存储区23中的钻杆21，将钻杆21定位进细长构件支撑13中，将钻杆21从存储区23提升起，然后将钻杆21移进桅杆10上的位置，使得钻杆21与钻柱对齐。为实施该动作，旋臂11移入图1中所示的位置。特别地，旋臂11被引起开始从靠近桅杆10的位置绕着第三轴线Z旋转，直到细长延伸17位于接近存储区23中的钻杆21的一端为止。

然后细长构件支撑13被引起绕着第二轴线Y旋转，使得细长构件支撑13的第一轴线X与存放在存储区23中的钻杆21的纵向轴线大体上平行。然后细长构件支撑13被引起绕着第一轴线X旋转，使得所述细长延伸17紧密地覆在存储区23中的钻杆21上。

然后接合构件19被引起沿着细长延伸17朝着细长延伸17的外端纵向地移动，启动接合部件19的另外的夹钳，以适合与钻杆21接合。

然后接合部件19沿着纵向延伸17在细长构件支撑13的方向纵向地移动，如图2和3中所示，从而钻杆21进入夹钳15的分离的夹紧元件中的位置。一旦钻杆21相对于细长构件支撑13位于所期望的位置，那么夹钳15就接合钻杆21，如图3所示。

一旦钻杆21被细长构件支撑13接合，它就被引起绕着第二轴线Y旋转，以使钻杆21被从其在存储区23中大体上平行的位置提升起，如图4所示。然后，钻杆21最终移至如图5所示的直立位置，钻杆21位于桅杆10的旁边，并且与桅杆10大体上平行。

如图5和6中不同位置所描述的，细长构件支撑13（及被保持的钻杆21）然后被引起绕着第一轴线X旋转。因为第一轴线X距钻杆21中心轴线的横向位移，钻杆21被引起绕着旋臂11的一端旋转，以被定位在可与钻柱对齐的位置。

然后旋臂11被引起绕着第三轴线Z旋转，如图7和8中所示，以使钻杆21与钻柱对齐。在该最终位置，钻机110的传动机头（未示出）可与钻杆21的上端接合，以使钻杆21与位于桅杆10的底部的钻柱接合。在钻杆21与钻柱的接合中，可放松夹钳15的夹紧接合，以允许钻杆21滑动地移动通过夹紧构件15，同时仍受限制，由此它在移入与钻柱的接合中保持钻杆21的对齐。

为了从钻柱移除钻杆21，旋臂11开始被引起在桅杆10上绕着第三轴线Z旋转，直至夹钳15与钻杆21接合。然后夹钳15与钻杆21接合。然后旋臂11被引起在桅杆10上绕着第三轴线Z旋转，以使旋臂11的外端邻近存储区23。

细长构件支撑13被引起绕着第一轴线X旋转，使得被支撑的钻杆12从而被放在存储区23的最近处。然后细长构件支撑13被引起在旋臂11上绕着第二轴线Y旋转，直到钻杆21位于已经容纳在存储区23内的钻杆上方并与其平行。

然后接合构件19沿着延伸构件17移动，并且其另外的夹钳与钻杆21接合，同时夹钳15从其脱离。随着接合构件19沿着延伸构件17远离旋臂11的运动，钻杆21直接被定位在存储区23上，并且从另外的夹钳分离，钻杆21被存放在存储区23。

应当理解的是，本发明的一个特征是存储区23可被容纳在载重车车身20、拖车或类似车辆上，该车辆可位于在桅杆10上的旋臂11 的270度移动范围内的任意位置。

位置传感器系统

为了在上述过程期间防止钻杆操作装置100意外地从钻杆21脱离，钻杆操作装置100可包括位置传感器系统，该系统将钻杆21的接合和/或分离约束至钻杆操作装置100的特定位置。特别地，为附加的安全和可靠，可仅在从存储区23取回或返回钻杆21至存储区23时，其在钻杆操作装置的旋转电弧的270度内（图1-3中所示），或者在将钻杆结合至钻柱或从钻柱分离钻杆时（图8中所示），允许钻杆操作装置100接合和分离钻杆21。在所有其它位置（图4-7中所示），钻杆操作装置100被锁住，或以其它方式被限制松开钻杆21。位置传感器系统可具有多种结构和操作实施方式。

1. 位置传感器系统结构

在一个示例性实施方式中，位置传感器系统包括可通信地连接至两个位置传感器的控制中心（未示出）。如图9中阐明，例如，第一位置传感器可为水平传感器30，该水平传感器30连接至第二动力驱动器27，使得该水平传感器30随着细长构件支撑13一同绕第二轴线Y旋转。图10中阐明了第二位置传感器的实施例，可为安装至用于绕着第三轴线Z转动细长构件支撑13的第三动力驱动器28上的旋转传感器50。

图9和10仅示出了位置传感器系统的一个示例性实施方式，位置传感器系统的特征在实施方式中可彼此不同。例如，水平传感器30和旋转位置传感器50的位置可不同。在一个示例性实施方式中，水平传感器30可直接位于细长构件支撑13上，而在另一示例性实施方式中，水平传感器30可与第二动力驱动器27一体，使得水平传感器30部分地或大体上地封闭在第二动力驱动器27中。

如同水平传感器30，旋转位置传感器50也可位于多种位置。例如，旋转位置传感器50可与第三动力驱动器28一体，使得旋转位置传感器50大体上封装在第三动力驱动器28内。在另一示例性实施方式中，旋转位置传感器50可位于沿着第三动力驱动器28的驱动轴的任意位置，使得旋转传感器50可与位于驱动轴上或随同第三动力驱动器28一起旋转的驱动组件的其它零件上的触发器相互作用。

就像位置传感器的位置可以变化，位置传感器系统中所用的位置传感器的数量也可变化。例如，图9和10阐明了包括两个位置传感器的示例性实施方式。在另一示例性实施方式中，额外的位置传感器可与第一动力驱动器26结合，使得控制中心还接收钻杆操作装置100相对于第一轴线X的位置信息。其它示例性实施方式可包括指示钻杆操作装置100的各种其它位置（例如存储区23与钻杆柱之间的中间位置）的多个位置传感器。

通过增加位置传感器的数量，所用传感器的类型可根据如何利用额外传感器来变化。除了指示相对于重力的位置的水平传感器30、指示旋转位置的旋转传感器50以外，位置传感器系统还可含有线性位置设备。在一个示例性实施方式中，线性位置传感器可对应于接合构件19在与第一轴线X平行的线性路径移动时接合构件19的位置。

因此，根据例如所需安装空间、期望监测位置的数量和运动的性质等变量，位置传感器系统实施方式中位置传感器的位置、数量和类型可彼此不同。

2. 位置传感器系统的操作

操作中，位置传感器系统利用与位置传感器30、50相通的控制中心（未示出）。图11A为阐明位置传感器系统300的一个操作实施例的示意图。特别地，位置传感器系统300监测位置传感器30、50产生的传感器信号302。如前所述，控制中心（未示出）可用于监测传感器信号302。控制中心监测传感器信号302，以确定水平传感器是否被触发304或者旋转传感器是否被触发306。如果水平传感器未被触发并且旋转传感器未被触发，那么控制中心锁定夹钳308，因此不允许夹钳松开钻杆。相反，如果水平传感器或者旋转传感器被触发，那么控制中心开启夹钳310，使得夹钳可松开或接合钻杆。

图11B阐明了使用包括水平传感器30和旋转传感器50的位置传感器系统将钻杆21从存储区23输送至钻柱的方法320的一个实施例。总而言之，方法320的净效应是仅在将钻杆21取回或返回存储区23时，或便于将钻杆21结合至钻柱或从钻柱分离时，仅允许夹钳15接合或松开钻杆21。否则，限制夹钳15松开钻杆21，从而防止钻杆21的不期望的掉落。

方法320可包括水平传感器检测存储区位置和控制中心允许夹钳接合钻杆的动作322。例如，水平传感器30可检测何时细长构件支撑13位于从存储区23取回钻杆21的位置，如图1至3中所示例如大体上水平的位置。

图11B阐明，方法320可进一步包括接合在存储区的钻杆的动作324。例如，当水平传感器30传递细长构件支撑13的大体上水平的位置时，控制中心可允许夹钳15接合位于存储区23中的钻杆21。

另外，方法320可包括朝着钻柱输送钻杆的动作326。例如，细长构件支撑13可绕着第二轴线Y（如图4中所示）和绕着第三轴线Z（如图 5至7中所示）旋转。

图11B进一步阐明，方法320可包括水平传感器检测缺少存储区位置和控制中心限制夹钳松开的动作328。例如，当细长构件支撑13绕第二轴线Y旋转时，水平传感器30可告知控制中心，细长构件支撑13不再处于大体上水平的位置。然后控制中心锁定或以其它方式限制夹钳15松开钻杆21。

如图11B中阐明，方法320还可包括旋转传感器检测钻柱位置的动作330。例如，旋转传感器50可构造成告知控制中心，何时细长构件支撑13定位成便于将钻杆21结合至钻柱。因此，如果细长构件支撑13的位置不在便于将钻杆21结合至钻柱的位置时，夹钳15保持锁定或以其它方式被限制松开钻杆21。

另外，方法320可包括在钻柱位置松开钻杆的动作332。例如，当细长构件支撑13定位成便于使钻杆21结合至钻柱时，如图8中所示，那么旋转传感器50向控制中心指示该位置，并且控制中心随后开启或以其它方式允许夹钳15松开钻杆21，以便于将钻杆21结合至钻柱。

相反，在方法320的其它实施方式中，该方法可包括允许将钻杆21从钻柱输送至存储区23的动作。例如，当从钻柱取回钻杆21时，旋转传感器50告知控制中心，细长构件支撑13定位成在钻柱接合钻杆21。因此，控制中心允许夹钳15接合钻杆21。一旦钻杆离开钻柱（即，绕第三轴线Z旋转远离桅杆10），那么旋转传感器50就将钻杆21的位置发送至控制中心，并且控制中心随后锁定或以其它方式限制夹钳15松开钻杆21。

另外，当将钻杆21返回至存储区23时，在细长构件支撑13处于大体上水平的位置时水平传感器30发送信号到控制中心。随后控制中心开启或以其它方式允许夹钳15松开钻杆21，以便于钻杆21返回至存储区23。

除了控制夹钳15的功能之外，位置传感器系统可控制钻杆操作装置100的其它功能。例如，在一个实施方式中，位置传感器可构造成告知控制中心夹钳的位置。然后当位置传感器指示夹钳处于分离位置时，控制中心可限制细长构件支撑13旋转离开水平位置。依据有关钻杆操作装置100的期望功能及关于其一个或多个组件的位置控制，各实施方式中其它功能和位置组合可彼此不同。

实际上，控制中心可编程成提供全自动的钻杆操作装置100，从而限制对人工操作者的需求。例如，输送钻杆的整个方法（如图11中所示）可以是自动的，仅由作为位置传感器系统一部分的编程控制中心来执行。其它示例性实施方式可包含半自动化，其中仅特定的功能由编程控制中心执行，而其它功能需要人工操作者。

位置传感器系统的自动化构造可依赖于如何将位置信息发送至控制中心。在一个实施例中，位置传感器通过电线或其它物理电连接物理地连接至控制中心，因此允许电信号从位置传感器发送至控制中心。在其它实施方式中，建立无线连接，使得位置传感器可借助于无线电波、或其它无线信号直接发送信号到控制中心。控制中心也可构造成既从物理连接的位置传感器又从无线连接的位置传感器接收信号。

在采用无线位置传感器系统的情形下，控制中心的物理位置可不同。例如，在一个实施方式中，控制中心可直接位于钻杆操作装置100上。然而，在另一示例性实施方式中，控制中心可位于控制中心能够接收无线信号的任意位置，包括钻杆操作装置100本身以外的位置。此外，无线控制中心可构造成从不只一件的设备接收无线信号，从而允许控制中心同时调整几件设备的功能。

水平传感器

就像总体的位置传感器系统具有许多实施方式一样，个别的位置传感器也具有多种实施方式。例如，水平传感器30可具有多种结构和操作实施方式。

1. 水平传感器的结构

图12和13中示出了水平传感器30的一个示例性实施方式。在该实施方式中，水平传感器30包括壳体32。壳体32包括多个被限定在其中的壳体紧固口33，壳体紧固件34延伸通过这些壳体紧固口33。壳体32进一步包括排出/填充口35。面板36通过面板定位器37固定至壳体32。面板定位器37含有与面板36和壳体32中的相应口对齐的多个面板口49，面板紧固件38延伸通过这些面板口49并将面板36固定至壳体32。密封39设在壳体32与面板36之间，壳体32与面板36形成封装（enclosure）40。摆锤组件42可旋转地连接至壳体32上，使得摆锤组件42可在封装40内绕着毂44旋转。接近开关41延伸通过面板36并进入封装40。

简言之，操作中，水平传感器30可连接至第二动力驱动器27，使得水平传感器30以与细长构件支撑13大体上相同的速率绕着第二轴线Y旋转。当水平传感器30旋转时，摆锤组件42绕着毂44自由转动，相对于重力保持大体恒定的位置。当细长构件13处于大体上水平的位置时，如图1至3中所示，连接至摆锤组件42的触发器48接触接近开关41。当与触发器48接触时，接近开关41发送信号或以其它方式告知控制中心（未示出），指示细长构件支撑13处于大体上水平的位置。可选地，如果细长构件支撑13旋转远离大体上水平的位置，那么水平传感器30也旋转。当水平传感器30旋转时，摆锤组件42相对于重力保持大体恒定的位置，并且触发器48脱离与接近开关41的接触。接触开关41随后告知控制中心，细长构件支撑13不再处于大体上水平的位置。

各实施方式中水平传感器30的组件以及各组件的特征可彼此不同。例如，壳体是可以变化的一个组件。图12和13阐明了一个示例性实施方式，其示出了壳体32的各种几何特征。例如，图12和13中所示的壳体32为圆形盘，其具有产生浅杯形的外径边缘。其它实施例中，壳体32的形状可为方形、矩形、三角形或任意其它形状或这些形状的组合，只要壳体32的形状便于摆锤组件42的自由旋转即可。

同壳体32的形状一起，壳体32的尺寸是各实施方式可彼此不同的另一几何特征。例如，图9阐明了壳体32的一个实施方式，其中壳体32的尺寸制成覆盖了与第二动力驱动器27的末端大致相同大小的面积。在其它实施方式中，壳体32的尺寸可不同，以便于在钻杆操作装置100上的多种安装位置。例如，壳体32的尺寸可较小，以致适合置于动力驱动器的内部。

除了改变壳体32的几何特征之外，还可改变壳体32的材料特征。在一个示例性实施方式中，壳体32由钢制成，例如不锈钢。然而，在其它实施方式中，壳体可由多种材料制成，包括其它各种金属、复合材料、塑料或这些材料的任何组合。

壳体32所用材料可部分地确定壳体32的构造。例如，图13示出了一个示例性实施方式，其中壳体32由单件材料制成。在另一示例性实施方式中，壳体可由通过机械装置（例如，紧固件、螺钉）或化学手段（例如，焊接、胶接或其它化学粘合）连接在一起的多件材料构造成。此外，在多件壳体设计中，所述多件材料可彼此不同。

除了壳体32的材料和构造，在各实施方式中的壳体的各种设计元件也可彼此不同。一种可变化的壳体32设计元件是壳体紧固口33，壳体紧固件34延伸通过该壳体紧固口33。在一个示例性实施方式中，如图12中所示，壳体紧固口33可位于壳体32的外周上。然而，在其它示例性实施方式中，只要壳体紧固口33与相应的壳体紧固件34不干涉摆锤组件42的旋转，壳体紧固口33就可位于几乎任意的位置。

就像壳体紧固口33的位置可以变化一样，壳体紧固口33的尺寸在各示例性实施方式中也可彼此不同。图12示出了一个示例性实施方式，其中壳体紧固口33大体为长方形，以致提供壳体紧固口33与壳体紧固件34之间的间隙。该间隙允许壳体32被转动，或以其它方式被调节至不同位置，从而影响接近开关41的位置。该调节设计便于相对于水平的大范围的可检测位置。在另一示例性实施方式中，壳体紧固口33可更大，以便促进更大的调节。

实际上，在一个示例性实施方式中，可在壳体中设计一个大壳体紧固口33，以允许壳体32的几乎全360度旋转。在更大的壳体紧固口33中，多个壳体紧固件34可延伸通过相同的壳体紧固口33。在又一实施方式中，壳体紧固口33可只允许用于一个壳体紧固件34的空间，并为壳体紧固件34提供间隙，使得壳体32不可调节。

如上所述，壳体紧固口33的尺寸可确定壳体紧固口33的数量。在一个示例性实施方式中，图12所示，具有绕着壳体32的圆周大致每六十度设置的六个壳体紧固口33。然而，在其它示例性实施方式中，依据将壳体32牢固地保持在钻杆操作装置100上需要的壳体紧固件34的数量，或者依据壳体紧固口33本身的尺寸，可具有更多或更少的壳体紧固口33。

壳体紧固口33的各种特征可确定壳体紧固件34的特征，其可在各实施方式中彼此不同。一种可变化的壳体紧固件34的特征是紧固件类型。在一个示例性实施方式中，图12中所示，壳体紧固件34为螺纹紧固件，其可被上紧或放松，以连接或断开或调节壳体32的位置。在其它实施方式中，壳体紧固件34可为铆钉型紧固件。并非必须使用机械壳体紧固件34，在其它实施方式中，壳体32可通过胶接或焊接连接至钻杆操作装置100。

除了壳体紧固口33和壳体紧固件34之外，排出/填充口35为壳体32上各实施方式中可彼此不同的另一设计方面。例如，如图12中所示，两个排出/填充口35位于沿着周围壳体的同一四分之一圆周内。在该布置中，一个排出/填充口35可用于使液体进出水平传感器30，而其它排出/填充口35促使空气移动进出水平传感器30。在另一示例性实施方式中，可具有多个排出/填充口，以致不管壳体32的方向都便于水平传感器30的排出和/或填充。

将液体引入水平传感器30的一个原因是为保持摆锤组件42绕着毂44的持续旋转。毂44是壳体32上可变化的另一设计方面的实施例。在一个示例性实施方式中，图13中所示，毂44与壳体32一体，并可由相同件材料形成。在另一示例性实施方式中，毂44可配合地连接至壳体32，并由不同于壳体32材料的单独一件材料制成。

毂44设计成支撑摆锤组件42，如图12中阐明。例如，图13和14示出了摆锤组件42的一个实施方式，其包括构造成接受球轴承插入件45的摆锤体43。球轴承插入件45具有大体上对应于毂44的外径的内径。毂44的外径接合球轴承插入件45的内径，使得球轴承插入件45促进摆锤体43绕着毂44的轴线的旋转。球轴承插入件45通过与球轴承保持环46与保持紧固件47结合而紧固在毂44上，并且在摆锤体43内。

包括摆锤组件42部件的摆锤组件42可在各水平传感器30的实施方式中彼此不同。摆锤组件42部件可改变的一个实施例是摆锤体43。例如，摆锤体43的形状可不同。在图14中，摆锤体43具有大体上半圆体形状。然而，摆锤体43形状可在各实施方案中彼此不同，并且包括更多的矩形、正方形和三角形形状，只要摆锤体43的形状提供必要的重量分布，以允许摆锤组件42绕着毂44自由地旋转即可。

为了获得适合的重量分布，可使用各种摆锤体43材料。一些摆锤体43材料的例子包括金属，例如钢。然而，摆锤体43可为任意的材料或材料的组合，只要其重量分布允许摆锤组件42绕着毂44自由旋转即可。例如，摆锤体43的上部可由塑料制成，而摆锤体43的底部负重部分由更重的材料制成，例如金属。

除了各种形状和材料组合之外，摆锤体43还可具有各种触发器结构。在一个示例性实施方式中，摆锤体43为触发器。换句话说，当摆锤体43接触接近开关41或者来到接近开关41一定距离内时，接近开关41发送信号给控制中心。摆锤组件42可另外地包括连接至摆锤体43的触发器48。例如，图14阐明了一个示例性实施方式，其包括连接至摆锤体43的两个触发器48。在该实施例中，触发器48布置成与水平平行，或者换句话说，触发器48与重力垂直。

摆锤组件42的其它实施方式包括各种触发器48构造，其可在使用的触发器48的数量以及连接至摆锤体43的触发器48的位置中都不同。特别地，另一示例性实施方式可包括三个触发器，两个触发器48如图14中阐明的这样布置，第三个触发器布置成与重力平行。在该实施方式中，第三触发器会提供对垂直位置的检测，即，当细长构件支撑将钻杆保持在垂直位置时（如图5至8中所示）。可在摆锤体上的不同位置布置任意数量的额外触发器，以按需要检测多个位置。

不但可改变触发器48的数量和布置，而且也可改变触发器48的其它特征。例如，依据水平传感器30上所用的接近开关41的类型，每个触发器48都可由多种材料制成。例如，触发器48可由磁性的、电感性的、或具有一定电容量的材料制成，使得当触发器48在接近开关41的特定距离内或与接近开关41接触时，接近开关41可检测到触发器48。

此外，在触发器48接触接近开关41的实施方式中，触发器48可由在摆锤组件42旋转时允许触发器48绕着接近开关41弯曲的柔性材料制成。在其它示例性实施方式中，触发器48可更加坚硬，使得一旦触发器48与接近开关41接触，触发器48就保持与接近开关41接触，直到摆锤组件42沿着远离接近开关41的方向旋转为止。

除了改变触发器48材料之外，还可改变触发器48的几何形状。图14示出了触发器48大体上为圆柱形的一个示例性实施方式。然而，触发器可具有任意的形状，只要其整体形状允许相对于接近开关41的持续位置测量即可。

一旦摆锤组件42构造和布置在壳体32的毂44上，面板36就连接到壳体32上。如图12和13中阐明，面板36可为允许操作员无需移除面板36就可检查摆锤组件42的半透明材料。半透明材料的一些例子包括玻璃、丙烯酸玻璃或半透明材料。在其它示例性实施方式中，面板36的材料是非半透明的，可由多种金属、复合材料或非半透明塑料制成。

就像面板36的材料在各实施方式可彼此不同一样，面板36的尺寸和形状也可不同。如图12中阐明，面板36的形状与壳体32的尺寸和形状大体上相同。在其它示例性实施方式中，面板36可为多种尺寸和形状，其一部分可不同于壳体32的尺寸和形状。例如，壳体可具有设计成允许连接圆形面板的正方形形状。

因此，面板36可以多种方式连接至壳体32。在一个示例性实施方式中，如图12中阐明，面板定位器37结合面板紧固件38一起使用，以将面板36连接至壳体32。在该示例性实施方式中，面板36通过延伸穿过面板定位器37和面板36的面板紧固件38被固定在壳体32与面板定位器37之间，并接合壳体32。在其它实施方式中，并非必须利用面板定位器37。例如，面板紧固件38可直接延伸穿过面板36并接合壳体32，从而省略了面板定位器。然而，如果面板36由易碎材料制成，那么面板定位器可降低在面板36本身上形成应力性断裂的风险。

一旦壳体32和面板36连接在一起，那么就在壳体32与面板36之间形成允许摆锤组件42自由旋转的封装40。如上所述，排出/填充口35可用于将液体引入封装40。在一个实施方式中，例如，封装40部分地或全部地填充有液体，例如甘油。然而，也可使用其它液体，只要液体的粘度在钻杆操作装置100的操作温度环境中保持相对一致即可。一些其它液体的例子包括天然或合成的油基液体。

为将液体保持在封装40内，在壳体32与面板36之间设置密封39。在一个示例性实施方式中，密封39为O形圈。然而，在其它示例性实施方式中，密封39可具有多种结构，可由多种材料制成，例如PTFE或各种金属。

如上所述，水平传感器30包括延伸穿过面板36中的口的接近开关41，如图12中阐明。接近开关41布置可在各实施方式中彼此不同。例如，接近开关41在水平传感器30上的径向位置可不同。图12示出了接近开关41相对于重力开始布置成距水平有90度的实施方式。在其它实施方式中，接近开关可布置成检测360度旋转内的任意位置点。

除了径向位置之外，接近开关41的位置可改变的另一方式是接近开关41延伸进封装40的程度。例如，在水平传感器30操作期间，水平传感器30可延伸进封装40至触发器48接触接近开关41的程度。在该实施方式中，控制中心可不仅指示细长构件支撑13处于水平位置，而且它还可停止细长构件支撑13的旋转，从而用作一旦细长构件支撑13达到特定的限定位置的止挡。在另一实施方式中，接近开关41可稍微少延伸进封装一些，从而允许触发器48在接近开关41下方通过。在该实施方式中，接近开关41构造成基于触发器48与接近开关41之间的特定距离来检测触发器48。当触发器48设计成在接近开关41下方通过时，细长构件支撑13可被允许继续旋转通过限定位置，当细长构件支撑13旋转经过所述限定位置时，接近开关41发送信号。

就像接近开关41的位置一样，接近开关41的数量是接近开关41布置可变化的另一方式。在一个示例性实施方式中，如图12中所示，使用一个接近开关41来检测相对于水平的特定位置。在其它示例性实施方式中，可使用任意数量的接近开关41来检测相对于水平的多个不同位置。例如，可使用两个接近开关41，从而允许水平传感器30检测相对于重力，何时细长构件支撑13处于水平位置和何时细长构件支撑13处于垂直位置。

除了各种接近开关41布置之外，还具有多种类型的接近开关41。在一个示例性实施方式中，接近开关41为感应型接近开关。其它接近开关例子包括电容开关、磁力开关、激光开关或光电池开关。

2. 水平传感器的操作

在一个示例性实施方式的操作中，水平传感器30可连接至第二动力驱动器27，如图9中阐明，使得水平传感器30以与细长构件支撑13大体上相同的速率绕第二轴线Y旋转。当水平传感器30旋转时，摆锤体43绕毂44自由旋转，并相对于重力大体上保持恒定的位置。当细长构件13处于基本水平的位置时，如图1-3中所示，连接至摆锤体43的触发器48接触接近开关41。当与触发器48接触时，接近开关41发送信号，或以其它方式指示控制中心（未示出），细长构件支撑13处于大体上水平的位置。

当细长构件支撑13旋转远离大体上水平的位置时，水平传感器30也旋转。当水平传感器30旋转时，摆锤体43相对于重力保持恒定的位置，并且触发器48脱离与接近开关41的接触。随后接近开关41指示控制中心，细长构件支撑13不再处于大体上水平的位置。

图15A至15C阐明了接近开关41相对于细长构件支撑13方向的相对位置。例如，图15A阐明，当细长构件支撑13和钻杆21处于大体上水平的位置时，接近开关41与触发器48接触。在该位置，细长构件支撑13被开启，可接合或脱离钻杆21。当细长构件支撑13和钻杆21旋转远离大体上水平的位置时，接近开关41旋转远离触发器48，如图15B所示。只要触发器48旋转远离接近开关，细长构件支撑13就被锁定，从而不允许细长构件支撑13松开钻杆21。图15C阐明了当细长构件支撑13和钻杆位于大体上垂直的位置时接近开关41相对于触发器48的位置。因此，图15A至15C阐明了水平传感器30如何检测细长构件支撑13相对于重力的位置的一个实施例。

在一个示例性实施方式中，当水平传感器30在旋转时，液体（例如甘油）通过向摆锤组件42的运动提供阻尼力确保摆锤组件42的正常旋转。该阻尼力防止水平传感器30旋转时摆锤组件42摆动过大，从而提供更加一致和可靠的位置测量。液体还通过保持摆锤组件42和接近开关41清洁和免受外界污染来帮助维护水平传感器30的部件。结果，液体可帮助防止因外部污染引起的错误触发器检测。此外，因为无论各种其它部件或机械的方向，液体都提供了重力的真实基准，所以液体用来可相对于重力校准水平传感器。

旋转传感器

就像水平传感器30具有多种实施方式一样，旋转传感器50也具有许多种实施方式。例如，旋转传感器50可具有多种结构和操作实施方式。

1. 旋转传感器结构

如图17和18中所示，旋转传感器50的示例性实施方式包括挡块（block）51，该挡块51连接至具有挡块紧固件53的挡块安装件52。接近开关54设在位于挡块51内的凹穴58中。挡块51含有触发器槽55，以便于触发器60移动通过挡块51。挡块安装件52结合至支架56，支架56通过支架紧固件57固定至钻杆操作装置。

简言之，操作中，如图16中阐明，旋转传感器50连接至钻杆操作装置100的固定部件，使得旋转传感器50保持固定在适当的位置。例如，旋转传感器可连接至第三动力驱动器28的固定部分62。第三动力驱动器的固定部分62可为发动机或促动器外壳，该外壳至少部分地覆盖动力驱动器的内部工件。位于旋转传感器上的接近开关54位于第三动力驱动器28的旋转部分的紧邻处。第三动力驱动器的旋转部分可为以与第三动力驱动器相同速度旋转的旋转轴66或旋转盘64。触发器60连接至第三动力驱动器28的旋转部分64，使得当第三动力驱动器28旋转时，触发器60可进入触发器槽55。例如，触发器可位于旋转部分64的一侧，如图16中阐明。当触发器60通过触发器槽55时，触发器60能够进入接近开关54的可检测距离内。一旦检测到触发器60，接近开关54指示控制中心（未示出）达到特定旋转位置。

旋转传感器50的多个部件可在各实施方式中彼此不同。例如，挡块51可由多种材料制成。在一个示例性实施方式中，挡块51由尼龙制成，其使接近开关54能够检测通过挡块51的材料的触发器60。其它材料的例子包括尼龙复合材料、塑料、或者复合材料与塑料材料的组合。挡块51可由多种其它材料制成，只要接近开关54能检测通过挡块51材料的触发器60即可。

就像挡块51的材料可在各实施方式中彼此不同一样，挡块51的形状也可不同。在一个示例性实施方式中，如图17和18中阐明，挡块51具有矩形基座，该矩形基座带有具有梯形截面的上部。然而，挡块51的形状可为任意形状，只要挡块51可容纳接近开关54即可。

除了整体形状之外，挡块51还可改变的多种设计特征。如图17和18中阐明，挡块51包括构造成允许触发器60通过挡块51的触发器槽55。在一个实施方式中，触发器槽55相对于触发器60构造有最小间隙，使得灰尘、油脂和其它污染物在进入触发器槽55之前就被刮离或以其它方式被从触发器60去除。

挡块51的可变化的另一设计特征是凹穴58。在一个示例性实施方式中，如图18中阐明，凹穴58为螺纹盲孔。螺纹盲孔设计将接近开关54牢固地连接至挡块51，同时由于接近开关54相对于外界环境被密封的事实，所以保护接近开关54免受污染。在其它示例性实施方式中，凹穴58可具有其它各种形式，只要凹穴58将接近开关54牢固地保持在期望的位置即可。

凹穴58可设计成容纳各种类型的接近开关54。接近开关的一些例子包括感应型、电容型或磁力型接近开关54。因此，根据所用接近开关54的类型，触发器60材料可为具有感应的、电容的或磁性特征的任意材料。

如上所述，在旋转传感器50的一个实施方式中，挡块51通过挡块紧固件53连接至挡块安装件52，如图17中所示。图17示出挡块紧固件53为螺纹紧固件。然而，在其它示例性实施方式中，挡块紧固件可为更加永久性的，例如铆钉。此外，挡块51可通过化学结合连接至挡块安装件52，例如通过在挡块与挡块安装件中涂抹胶水。

依据旋转传感器50的位置，挡块安装件52可具有多种形状。在一个示例性实施方式中，如图17和18中所示，挡块安装件52为具有设计成与支架56结合的边缘的 L形安装件。然而，在其它示例性实施方式中，依据各种设计考虑，例如旋转传感器50的安装位置，挡块安装件可构造为不同形状。

在一示例性实施方式中，挡块安装件52设计成与支架56结合，如图17和18中所示。在该示例性实施方式中，支架56含有支架紧固件57延伸通过的口。例如，支架紧固件将支架56固定至第三动力驱动器28，随后将挡块安装件52和挡块51固定至第三动力驱动器28。支架紧固件57可为可被上紧或松开的螺纹紧固件，以允许挡块51位置的调节。特别地，如果支架紧固件57被松开，那么允许挡块安装件52在其内或沿着支架56滑动，从而调节接近开关54的位置。

除了支架，其它旋转传感器实施方式也可以各种方式连接至钻杆操作装置100。例如，挡块安装件可使用各种紧固件或化学结合，例如焊接连接至钻杆操作装置。

2. 旋转传感器的操作

操作中，例如，旋转传感器50可通过支架56连接至钻杆操作装置的固定部件，例如，第三动力驱动器28的固定部分62，如图16中所示。旋转传感器50位于第三动力驱动器28的旋转部分64的紧邻处。触发器60连接至第三动力驱动器28的旋转部分64，使得当第三动力驱动器28旋转时，触发器60可进入位于挡块51上的触发器槽55。当触发器60穿过触发器槽55时，触发器能够进入接近开关54的可检测距离内。一旦检测到触发器60，接近开关54指示控制中心（未示出）达到特定旋转位置。

特别地，图19A至19C示出了相对于细长构件支撑13绕第三轴线Z的方向的触发器60位置的俯视图。例如，图19A阐明了在实例位置中由旋臂11支撑的细长构件支撑13，其示出了何时细长构件支撑13处于绕着第三轴线Z的存储区位置。如图所示，在该位置，触发器60位于旋转传感器50的远处，从而接近开关54未被触发。

当细长构件支撑13绕着第三轴线Z旋转时，触发器60以与细长构件13相同的速率旋转，如图19B中所示。通过进一步旋转，细长构件支撑13可达到由图19C所示的钻柱位置。在该位置，触发器60通过触发器槽55进入挡块51，使得触发器60处在接近开关54的紧邻处。在该位置，例如，接近开关54检测到触发器60，并指示控制中心已经达到钻柱位置。例如，然后控制中心可允许夹钳15松开钻柱21，以允许钻杆21结合至钻柱（或者如果从钻柱卸下钻杆21，那么控制中心可允许夹钳15接合钻杆21）。

在其它示例性实施方式中，可在第三动力驱动器28的旋转部分64上设置多个触发器60，使得接近开关54可指示细长构件支撑13相对于第三轴线Z的多个位置。

本发明不限于本文所述具体实施方式的范围。这些实施方式仅仅是说明的目的。功能上等价的特征和方法显然落在本文所述的发明的范围内。

本发明可以多种具体形式表现，而不脱离其宗旨或实质特征。所述实施方式在所有方面都仅被认为是示例性而非限制性的。

Claims (20)

1.一种钻杆操作装置，包含：

可移动接合装置，其构造成接合钻杆，并将所述钻杆在具有第一方向的第一位置与具有第二方向的第二位置之间移动；

一个或多个位置传感器，其构造成检测何时钻杆位于具有第一方向的所述第一位置和具有第二方向的所述第二位置；

控制中心，其可通信地连接至所述一个或多个位置传感器，其中所述控制中心基于所述可移动接合装置的位置允许或限制所述可移动接合装置接合或松开所述钻杆，

其中，所述一个或多个位置传感器，包含：

壳体；

可旋转地连接至所述壳体的摆锤，其保持相对于重力的恒定位置；

延伸自所述摆锤的触发器；

接近开关，其相对于所述触发器移动，并且构造成在特定位置检测所述触发器；

延伸穿过所述壳体的多个紧固口；以及

相应的多个紧固件，其中所述紧固口构造成具有比所述紧固件的横截面尺寸更大的横截面尺寸，以允许所述壳体具有可调节的安装位置。

2.如权利要求1所述的钻杆操作装置，其特征在于，所述可移动接合装置为夹具设备。

3.如权利要求2所述的钻杆操作装置，其特征在于，当所述夹具设备不处于具有第一方向的所述第一位置或具有第二方向的所述第二位置中时，所述控制中心限制所述夹具设备松开所述钻杆。

4.如权利要求1所述的钻杆操作装置，其特征在于，所述一个或多个位置传感器包括：

水平传感器，其检测所述可移动接合装置相对于重力的一个或多个位置；以及

旋转传感器，其检测所述可移动接合装置相对于限定轴线的一个或多个径向位置。

5.如权利要求4所述的钻杆操作装置，进一步包括：

存储区，其在所述可移动接合装置的可到达范围内，并构造成保持多个钻杆；

其中所述第一位置位于所述存储区，所述第一方向垂直于重力；以及

连接区，其在所述可移动接合装置可达到的范围内，并且构造成便于将所述钻杆结合到钻柱或从所述钻柱分离；

其中所述第二位置位于所述连接区，并且所述第二方向与重力大体上平行。

6.如权利要求5所述的钻杆操作装置，其特征在于，当所述可移动接合装置未处于所述存储区或所述连接区时，所述控制中心限制所述可移动接合装置松开所述钻杆。

7.如权利要求1所述的钻杆操作装置，其特征在于，所述特定位置包括当所述钻杆操作装置的可移动接合装置相对于重力处于水平位置时。

8.如权利要求1所述的钻杆操作装置，进一步包含：

连接至摆锤的多个另外的触发器，其中所述另外的触发器构造成检测对应的多个位置。

9.如权利要求1所述的钻杆操作装置，进一步包含：

结合至所述壳体的面板，所述壳体和所述面板形成封装，所述摆锤在所述封装内自由旋转；以及

配置在所述封装内的液体。

10.如权利要求9所述的钻杆操作装置，其特征在于，所述面板为半透明材料，所述液体为甘油。

11.如权利要求4所述的钻杆操作装置，其特征在于，所述可移动接合装置包含构造成接合钻杆的可移动夹钳。

12.如权利要求11所述的钻杆操作装置，其特征在于，所述水平传感器进一步构造成检测何时所述可移动夹钳处于存储区位置，其允许所述可移动夹钳从存放容器收回所述钻杆或返回所述钻杆至存放容器。

13.如权利要求12所述的钻杆操作装置，其特征在于，所述旋转传感器进一步构造成检测何时所述可移动夹钳处于连接区位置，其允许所述可移动夹钳松开或接合所述钻杆，以将所述钻杆结合至钻柱或从钻柱分离所述钻杆。

14.如权利要求13所述的钻杆操作装置，其特征在于，当所述水平传感器和所述旋转传感器未检测到所述存储区位置或所述连接区位置时，所述控制中心锁定所述可移动夹钳，使得所述可移动夹钳无法打开或关闭。

15.如权利要求14所述的钻杆操作装置，其特征在于，当所述水平传感器检测到所述存储区位置或当所述旋转传感器检测到所述连接区位置时，所述控制中心开启所述可移动夹钳，使得所述可移动夹钳可打开或关闭。

16.如权利要求15所述的钻杆操作装置，其特征在于，所述控制中心编程为无需人工操作者就在所述存储区位置接合所述钻杆，输送所述钻杆至所述连接区位置，和在所述连接区位置松开所述钻杆。

17.如权利要求16所述的钻杆操作装置，其特征在于，所述控制中心编程为无需人工操作者就在所述连接区位置接合所述钻杆，输送所述钻杆至所述存储区位置，在所述存储区位置松开所述钻杆。

18.如权利要求11所述的钻杆操作装置，其特征在于，所述控制中心通过无线连接可通信地连接至所述水平传感器和所述旋转传感器。

19.如权利要求11所述的钻杆操作装置，其特征在于，所述控制中心可通信地连接至构造成检测相应的多个可移动夹钳位置的多个另外的位置传感器。

20.如权利要求2所述的钻杆操作装置，进一步包含：

第一驱动器，其构造成当钻杆被可移动接合装置接合时，绕着第一轴线旋转可移动接合装置，所述第一轴线与钻杆平行和并列；

第二驱动器，其构造成当钻杆被可移动接合装置接合时，绕着第二轴线旋转可移动接合装置，以将钻杆从第一方向朝着第一垂直方向移动并进入第二方向；以及

第三驱动器，其构造成绕着第三轴线旋转可移动接合装置，以将钻杆移动进入第二位置，同时将钻杆保持在第二方向，当钻杆位于第二方向时，第三轴线与钻杆平行和并列。