CN102597414A - 用于搬运钻井工具的铰接设备 - Google Patents

Abstract

一种用于搬运钻井工具的绞接设备（10）具有一个底座（12）、一端与底座（12）绞接并向外延伸的第一组臂（14）、与第一组臂的相对端绞接的一个连接件（16）、在一端与连接件（16）绞接并从其向外延伸的第二组臂（18）、和第二组臂的相对端绞接的载体组件（20）。载体组件适于支撑和运载钻井工具（26），在载体组件上允许钻井工具上下移动。一种驱动系统与第一和第二组臂合作，以便使钻井工具在存储位置和展开位置之间移动。

Description

用于搬运钻井工具的铰接设备

技术领域

本发明涉及一种用于搬运钻井工具的铰接设备。更特别地，本发明涉及的铰接设备有多组伸缩臂可使钻井工具在存储位置和展开位置之间移动。更具体地，本发明的机构设备可调节钻井工具的水平和垂直位置。

背景技术

在石油和天然气体工业中，在邻近井口的位置中需要安装多个钻井工具。通常，钻柱由钻杆和底部钻挺组成。在这样的钻柱的安装过程中，多个部件必须以快速的和有效的方法螺纹连接在一起。在其它的情况下，钻井工具必须在井口或鼠洞上的位置上移动。在大部分钻井操作中，钻井工具必须以快速的、有效的和安全的方法操作。

钻柱的连接操作是几乎以日常为基础执行的常规的和乏味的工作。通常被称为动力大钳或钻工的设备通常被用于完成或解除钻柱的螺纹工具接头连接。在正常操作中，必需在多个位置，包括井口或鼠洞上和存储位置之间移动动力大钳或钻工。由于这样的装置的重量，移动钻机上的这样的设备通常是困难的。此外，在井口周围存在非常有限的空间，同样地，在有限的空间可用性中需要有效的搬运。此外，在这样的有限的区域中移动这样的重的设备的需要通常可能产生可能损坏钻井设备和伤害钻井人员的事故。过去，用于从井口前后运送动力大钳或钻工的一种方法是将该单元安装在在一对被安装在钻台上的轨道上行驶的台车上。采用该构造的问题是，安装在钻台上的轨道通常对钻井人员产生绊倒的危险。当需要多个位置以移动该单元时，这变得困难并且非常复杂。这样的安装在钻台上的轨道通常在钻井架上占据太多的空间。

所使用的另一种类型的装置是由液压缸驱动的伸缩臂。这种类型的运送装置需要额外的空间并且制造起来昂贵。这些类型的运送装置对于载重运送需要和尺寸来说也是受限的。

被用于完成多个钻井设备的移动的另一种类型的装置是通过采用C-型机构使大钳或钻工摆动，在其中，该单元枢转地悬挂在该结构的顶部。采用这种类型的装置的一个问题是，定位该单元是困难的，因为该单元的重量保持垂直位置。此外，它被限制为具有相对短的伸出能力。

过去，公开了多个涉及这样的搬运设备的美国专利。例如，1980年11月18日公开的Mee等人的美国专利号4234150描述了一种机械臂组件，在其中，末端可沿直线相对于其近端移动。铰接臂包括结合第一平行四边形连接机构的第一臂和包括第二平行四边形连接机构的第二臂。平行四边形连接机构的这些邻近端被驱动地彼此连接，由此第一臂在第一端支撑部周围的旋转改变第一平行四边形连接机构的几何形状，其又导致第二平行四边形连接机构的几何形状的相应改变。这导致第二臂的末端沿直线相对于第一臂的近端的移动。

1981年6月23日公开的Putnam等人的美国专利号4274778示出用于钻机的机械化台架搬运设备。该设备适用于搬运钻挺和管台架。该设备由液压机械化井架工和结合的适用于井架中的台架放置的远程控制的指板锁定杆构成。这允许装置与旋转台对齐并被完全放置在架指中。台架搬运机构具有可由完全地容纳在其范围内的致动器设备伸展的铰接臂。

1997年9月16日公开的Lorenz等人的美国专利5667026描述了一种用于动力大钳的定位设备。该定位设备在操作位置和非操作位置之间移动动力大钳。该定位设备具有第一臂和第二臂。第一臂的一端被枢转地连接至第二臂的一端，而第一臂和第二臂的另一端被枢转地安装在被连接至钻塔的梁上。两个臂可以一致的延伸和收缩，以朝向和远离其位于支管周围的操作位置移动动力大钳。

2001年11月20日公开的A.Buck的美国专利号6318214教导了一种可定位在钻机甲板上并可连接至至少一个动力大钳的动力大钳定位设备。动力大钳支撑部适于定位至少一个动力大钳，这样它可以与管状构件接合。动力大钳定位设备包括框架、可移动地定位在框架上的底座、和连接至底座并可移动地连接至至少一个动力大钳的动力大钳支撑部。

2007年2月20日公开的美国专利号7178612、2007年7月31日公开的美国专利号7249639和2008年11月25日公开的美国专利号7455128，每一个教导了一种用于定位钻井工具，例如铁钻工的自动化的臂。在这些专利中描述的设备起将铁钻工移动到适当的位置以允许钻柱的螺纹接头的装配或拆解。该设备也可以被用于将其它的钻井设备移动到井的中心线上或鼠孔处的适当的位置。自平衡、双重同步平行四边形臂被用于完成装置的移动。液压或气动汽缸被用于臂的延伸和收缩，而不是支撑工具。臂可以在没有汽缸帮助的情况下将工具固定在任何位置。同步平行四边形中的连接机构可以通过齿轮、连杆、狭槽或滚子完成。

与美国专利号7178612、7249639和7455128有关的一个问题是，它们具有作为主要的载荷支承元件的过多数量的连接机构和旋转构件。这些连接机构和旋转构件易于磨损和发生故障，因为它们在移动过程中带来较大的悬臂载荷。由于同步连接机构是装置的结构的主要载荷路径，因此同步连杆可能容易磨损和断裂。考虑到其它的部件的基本结构，同步连杆相对小和脆弱。这些专利描述的设备也需要立柱和导轨吸收来自钻井设备的全部悬臂载荷和倾倒力矩。这些专利中描述的设备的结构还制造起来昂贵，维修起来困难。通常，现有技术的每个部件具有太多的移动元件，控制起来困难，并且易于损坏和断裂。此外，由于垂直立柱位于钻台上并且由于移动部件位于工人执行其任务的位置中，因此这些装置在钻机处易于引起安全危险。同时，在这些专利中，整个伸缩臂上下行走同时运送钻井工具。导轨在非常紧密的空间中沿直接位于主钻井架结构下面的立柱上下移动。由于该空间在其中具有许多重要的电的和流体维修线路，因此现有技术可能经常导致由于接触和碰撞引起的严重的问题。也可能潜在地损坏钻井架结构。

本发明的一个目标是提供一种有效地允许钻井设备从存储位置向展开位置移动的铰接搬运设备。

本发明的另一个目标是提供一种将垂直移动放置到邻近井口或鼠洞的位置,远离钻井架结构和维修线路的开放区域中的铰接搬运设备。

本发明的一个进一步的目标是提供一种避免损坏钻机结构和设备的铰接搬运设备。

本发明的另一个目标是提供一种通过仅移动钻井工具从而更好地分配悬臂载荷和倾倒力矩的铰接搬运设备。

本发明的一个进一步的目标是提供一种容易维修和制造的铰接搬运设备。

本发明的另一个目标是提供一种通过采用液压或气动致动器作为主要载荷支承元件从而使磨损和故障率最小化的铰接搬运设备。

本发明的一个进一步的目标是提供一种使损坏钻机结构的风险最小化的铰接搬运设备。

本发明的这些和其它的目标和优点将通过阅读所附的说明书和所附的权利要求书变得清楚。

发明内容

本发明是一种用于搬运钻井工具的铰接搬运设备。该设备包括底座、在一端底座铰接并从其向外延伸的第一组臂、与第一组臂的一个相对端铰接的连接件、在一端与连接件铰接并从其向外延伸的第二组臂、与第二组臂的一个相对端铰接的载体组件、和被连接至第一和第二组臂中的至少一组用于在存储位置和展开位置之间移动载体组件的至少一个致动器。载体组件具有用于固定和运送钻井工具的装置。驱动装置被连接至载体组件用于沿支架组件移动工具。

在本发明中，底座可旋转地连接至钻台。底座可以手动地操作或采用液压或电动机驱动。第一组臂包括具有枢转地连接至底座的一端和枢转地连接至连接件的一个相对端的第一臂，和具有枢转地连接至底座的一端和枢转地连接至连接件的一个相对端的第二臂。第一臂以与第二臂平行关系地延伸。致动器装置具有枢转地连接至底座的一端和在其端部之间的位置中枢转地连接至第一和第二臂中的一个或直接连接至连接件的一个相对端。第一组臂也可以包括具有枢转地连接至底座的一端和枢转地连接至连接件的一个相对端的第三臂，和具有枢转地连接至底座的一端和枢转地连接至连接件的一个相对端的第四臂。第一臂和第二臂在公共垂直平面中延伸。第三臂和第四臂以分别与第一臂和第二臂优选地间隔平行关系地在公共垂直平面中延伸。

在本发明中，第二组臂包括具有枢转地连接至连接件的一端和枢转地连接至载体组件的一个相对端的第一臂，和具有枢转地连接至连接件的一端和枢转地连接至载体组件的一个相对端的第二臂。第一臂以与第二臂优选地平行关系地延伸。致动器具有枢转地连接至连接件的一端和在其端部之间的位置中枢转地连接至第一和第二臂中的一个或直接连接至载体组件的一个相对端。第二组臂也可以包括具有枢转地连接至连接件的一端和枢转地连接至载体组件的一个相对端的第三臂，和具有枢转地连接至连接件的一端和枢转地连接至轨道组件的一个相对端的第四臂。第一臂和第二臂在公共垂直平面中延伸。第三臂和第四臂以分别与第一臂和第二臂优选地间隔平行关系地在公共垂直平面中延伸。

在本发明中，致动器包括具有被连接至底座的一端和被连接至第一组臂中的至少一个的一个相对端（或被直接连接至连接件）的第一致动器，和具有被连接至连接件的一端和被连接至第二组臂中的至少一个的一个相对端（或被直接连接至载体组件）的第二致动器。如这里使用的，多个致动器可以被用作第一致动器和第二致动器。流体输送装置被连接至第一和第二致动器，用于将流体输送至致动器，这样，致动器分别使第一组臂和第二组臂沿相对的方向以大致相等的角速度移动。

在本发明的一个选择性的实施例中，第一组臂具有上臂和下臂，第二组臂具有上臂和下臂。两组臂的移动可以通过一对啮合齿轮或具有枢转地连接至第一组臂的下臂的一端和枢转地连接至第二组臂的下臂的一个相对端的连接机构协调。一对啮合齿轮或连接机构也可以被连接至第一组臂的上臂和被连接至第二组臂的上臂的一个相对端。可以使用至少一对齿轮或至少一个连接机构。

载体组件优选地具有至少一个垂直轨道，并具有从其向外延伸的托架。第二组臂的相对端枢转地连接至托架。载体组件在其上具有用于在其上接收钻井工具的装置。驱动装置起沿轨道垂直地移动钻井工具的作用。驱动装置可以是液压或气动汽缸、旋转致动器、齿条-和-小齿轮、滑轮-和-线轴、和相似的机构。在优选的实施例中，驱动装置被连接至载体组件并被连接至钻井工具。选择性地，驱动装置可以仅被连接至钻井工具并直接推靠钻台，以便使钻井工具上升和下降。即使具有用于接收滚子的通道类型的凹槽的轨道被用作导轨装置在本发明中是优选的以提供钻井工具的垂直移动的稳定性，但是也可以选择性地通过将驱动装置连接至钻井工具获得相同的稳定性，这样，在不使用轨道的情况下连接点与钻井工具的重心相对应或对齐。

附图说明

图1是本发明的铰接搬运设备的透视图。

图2是本发明的铰接搬运设备的侧部正视图，其特别地示出处于存储位置中的设备。

图3是本发明的铰接搬运设备的一个优选实施例的侧部正视图。

图4示出本发明的铰接搬运设备的第一选择性的实施例的侧部正视图，其特别地示出致动器是如何被连接在底座、连接件和载体组件之间的。

图5是本发明的铰接搬运设备的另一个选择性的实施例的侧部正视图，其特别地示出第二组臂是如何被一对齿轮驱动的。

图6是本发明的铰接搬运设备的另一个选择性的实施例的侧部正视图，在其中，第二组臂被连接机构驱动。

图7是本发明的铰接搬运设备的选择性的实施例的侧部正视图，在其中，使用机械驱动装置和致动器装置的组合。

图8是本发明的铰接搬运设备的一个进一步的选择性的实施例的侧部正视图，在其中，钻井工具通过直接推靠钻台的致动器上下移动。

图9是示出适于通过控制与流动入口成期望的比例的流动出口以期望的速度驱动致动器的液压系统的流动图表。

具体实施方式

参照图1，示出按照本发明的优选实施例的铰接搬运设备10。铰接搬运设备10包括底座12、第一组臂14、连接件16、第二组臂18、载体组件20、和一对致动器22和24。在图1中，可以看到，铰接搬运设备10处于其展开位置。钻井工具26被载体组件20接收，以便定位在井口上或鼠洞上的期望的位置中。钻井工具26可以是许多部件中的一种，例如动力大钳、钻工、钻柱、顶部驱动装置、套管大钳、泥斗、扶正工具和任意其它的可应用设备。本发明的铰接搬运设备10将从装载位置向展开位置移动钻井工具26。

在图1中，可以看到，底座12适于放置到钻机的钻台28上。特别地，底座12可以通过多个螺栓30在期望的位置被固定到钻台28上。基部12可旋转地安装至钻台，以便仅在水平面中旋转。底座可以具有被连接至其的液压或电动机31，以便允许基部相对于钻台适当地旋转。选择性地，基部12可以通过转盘支承连接部适当地安装，以便允许手动操作和调节设备10相对于井口的角度方位。适当的带凸缘的连接部，例如图1中示出的，可以被用于将底座12有效地固定在期望的位置中。基部12包括沿通常L形的框架34向上延伸的带凸缘的部分32。基部12和钻台之间的连接部应当适当地足够坚固以支撑通过钻井工具26从其装载位置向其展开位置的移动导致的悬臂效应。

第一组臂14包括通常彼此平行关系地延伸的上臂36和下臂38。上臂36具有枢转地连接至底座12的L形的框架34的上部的一端。上臂36的相对端41枢转地连接至连接件16。下臂38的一端枢转地连接至底座12。下臂38的一个相对端枢转地连接至接连件16。致动器22也枢转地连接至底座12的L形框架34的下部并从其向外延伸，以便将下臂38上的角撑板46连接在其端部42和44之间的一个位置中。同样地，当致动器22被操作时，流体压力向致动器22中的引入将易于使臂36和38向上移动。

第二组臂18包括上臂50和下臂52。上臂50具有枢转地连接至连接件16的一端54和枢转地连接至载体组件20的相对端56。下臂52具有枢转地连接至连接件16的一端58和枢转地连接至载体组件20的一个相对端60。致动器24具有枢转地连接至接连件16的一端和枢转地连接至从下臂52延伸的角撑板66的一个相对端。可连接件以看到，由于致动器22和24被用在本发明的优选实施例中，因此上臂36和50和下臂38和52不需要连接机构。同样地，可以有效地避免与这样的连接构件有关的磨损。

支架组件20在其下端包括托架70。载体组件20包括从其向上延伸的垂直轨道72。滚子74和76由垂直轨道72接收，并沿垂直轨道72向上和/或向下行驶。适当的托架78连接钻井工具26，以便允许钻井工具通过滚子74和76和垂直轨道72之间的关系向上和向下移动。臂80被固定至垂直轨道72并从其向外延伸。驱动装置82被连接至臂80和连接至钻井工具26，以便产生该向上和/或向下移动。采用该方法，本发明能够获得钻井工具26相对于载体组件20的垂直移动。本发明的操作允许钻井设备26不仅向内和向外移动，而且向上和向下移动。钻台28上的基部12的旋转安装允许本发明枢转以便将钻井工具26成角度地定位在水平面中。同样地，本发明适于钻井工具在期望的位置中的精确定位。如这里使用的，“驱动装置”82特别地示出液压或气动致动器。但是，该术语“驱动装置”指的是多种其它的机构，例如齿条-和-小齿轮组件、链轮-和-齿轮装置、电动机驱动装置或旋转致动器。驱动装置可以选择性地被连接至钻井工具的顶部、底部或侧部。如这里看到的，采用本发明中的载体组件的优点提供了公共的支撑装置以容易地和快速地去除现有的钻井工具并采用用于不同的操作的另一个工具代替它。

在图1中，可以看到，存在被安装在基部12上并被连接至L-框架34的电动机80，以便如果需要的话允许铰接搬运设备10的旋转移动。可以使用多个其它的电动机构造以便获得该效果。阀组件82位于基部12上，以便允许液压或气动流体被引入致动器22和24。

第一组臂14包括臂84和86。臂36和38彼此平行关系地延伸。臂84和86彼此平行关系地延伸。臂36和38在通常公共垂直平面中延伸。相似地，臂84和86也与臂36和38在其中延伸的垂直平面平行间隔关系地在公共垂直平面中延伸。连接件16具有枢转地连接至臂36和38的第一连接件89。另一个连接件90枢转地连接至臂84和86的端部。第一接头构件89和第二连接件90彼此平行间隔关系地定位。第二组臂18还包括臂92和94（图1中未示出）。臂92和94通常彼此平行关系地延伸。臂50和52位于公共垂直平面中。臂92和94也位于该公共垂直平面中。这些公共垂直平面为彼此平行间隔的关系。臂92和94枢转地连接至第二连接件90。臂50和52枢转地连接至第一接连件89。

载体组件20被示出为具有垂直轨道72。载体组件20还具有另一个垂直轨道100。载体组件20包括接收在垂直轨道72和100的通道中的滚子。第二垂直轨道100还具有被连接至从其上端向外延伸的臂104的致动器102。致动器82和84形成用于钻井工具26向上和向下移动的“驱动装置”。当液压流体被引入致动器82和102时，与致动器82和84连接的活塞组件将相应地使钻井工具26向下移动。当液压流体从致动器82和102释放时，与致动器的汽缸连接的活塞将向上移动以便相应地使钻井工具26移动。垂直轨道100还包括枢转地连接至臂92和94的相对端的托架106。虽然优选的实施例使用轨道，但是多种其它的机构可以被用于支撑钻井工具26。

图2示出处于其装载位置中的本发明的铰接搬运设备10。实际上全部部件位于基部12上面的位置中。第一组臂14从底座12垂直地向上延伸。接头构件16直接定位在底座12的上面。第二组臂18也在基部12的上面垂直地延伸。致动器22被示出为处于通常垂直的方位中，并被定位在第一组臂14和第二组臂18之间。载体组件20被示出为具有从基部12稍微向外延伸的垂直轨道72。载体组件20保持在通常垂直方位中，并被折叠以便接近第二组臂18。可以看到，本发明的铰接的搬运设备10可被移动到在其中每个部件在钻台上以紧密的构造彼此整齐地抵靠定位的装载位置。可以看到，本发明的铰接搬运设备10在钻台的通常紧密的空间上具有相对小的轮廓和轨迹。

图3示出处于其展开位置中的本发明的铰接搬运设备10。可以看到，底座12具有从其向外延伸的第一组臂14。致动器22将流体压力接收在其中，以便从其向外推动活塞112。这相应地在角撑板46上施加力，以便从装载位置向外推动臂（如图2中所示）。可以看到，第一组臂14中的每一个在不同的位置枢转地连接至底座12的L-形框架34。臂36和38的相对端枢转地连接至第一连接件89。相似地，臂50和52枢转地连接至第一连接件89的一个相对侧。致动器24适当地致动，以便从其向外推动活塞114，以便在角撑板66上起作用。再一次，这从装载位置向外推动第二组臂18。臂50和52的相对端中的每一个枢转地连接至托架70。使用至少一个或多个致动器22。使用至少一个或多个致动器24。

轨道72被固定至托架70并从其向上延伸。滚子74和76被接收在轨道72的通道中，并适当地连接至钻井工具26。致动器82枢转地连接至臂80并被致动，以便向下和/或向上推动活塞116，以便使钻井工具26向下和/向上垂直地移动。

如在这里的图1-3中所示，铰接搬运设备10获得优于现有技术的大量的优点。可以看到，本发明的铰接搬运设备10具有最小数量的连接机构和旋转构件。同样地，本发明易于使这样的连接机构和旋转构件的磨损最小化。如图1-3中所示，本发明在旋转构件之间不使用同步连接杆。同样地，本发明避免这样的同步连接机构的主要载荷路径，结果，避免这样的连接机构的任意可能的磨损和断裂。在现有技术中，同步连接杆相对小和脆弱。在本发明中，钻井工具的移动和与这样的移动有关的悬臂效应被设备的整个结构吸收。本发明允许钻井工具容易地从装载位置向展开位置移动。装载位置提供钻机结构中的相对小的轨迹和轮廓。本发明将钻井工具的垂直移动放置为邻近井口或鼠洞。附加地，该垂直移动位于远离钻井架结构和与这样的钻井架结构连接的维修线路的区域。悬臂载荷和倾倒力矩在铰接搬运设备10中更好地分配。铰接搬运设备10容易维修和制造。液压或气动致动器被用在本发明中，起主要载荷支承元件的作用。同样地，磨损和故障率被最小化。虽然在优选实施例中仅构造两组臂和一组连接件，但是如果需要的话，第三或第四组臂也可以被添加至第二组臂的端部，在第二和第三组臂之间具有附加的连接件，以提供向井心位置的额外的更长的延伸。连接件和多组臂可以上下倒转。

图4示出本发明的铰接搬运设备的一个选择性的实施例200。在图4中，可以看到，从底座202具有从其向外延伸的第一组臂204。致动器206具有枢转地连接至从底座12的L-形框架208的一端和枢转地连接至连接件210的一个相对端。致动器206被定位为在上臂212和下臂214之间延伸。使用至少一个或多个致动器206。使用至少一个或多个致动器222。

第二组臂216也枢转地连接至连接件210的一个相对侧。第二组臂216包括上臂218和下臂220。致动器222具有枢转地连接至连接件210的一端和枢转地连接至托架224的一个相对端。上臂218和下臂220的相对端也枢转地连接至托架224。托架224将轨道226支承在其上。臂228从垂直轨道226的上端向外延伸。致动器230被连接至臂228也被连接至钻井工具232，以便允许钻井工具232沿轨道226并相对于钻台向上和向下移动。如这里使用的，致动器206和222中的每一个可以包括多个致动器。

图5示出本发明的铰接搬运设备300的另一个选择性的实施例。铰接搬运设备300包括从底座302、第一组臂304、第二组臂306、连接件308和支架组件310。致动器312在第一组臂304上起作用。第一组臂304包括上臂314和下臂316。上臂314和下臂316枢转地连接至底座302。相似地，致动器312也枢转地连接至从底座302。致动器312的相对端枢转地连接至从下臂316向下延伸的角撑板318。上臂314枢转地连接至连接件318的一侧。下臂316的相对端也枢转地连接至连接件308的侧部。重要地，存在被连接至下臂316的端部并被定位在连接件318的板中的齿轮320。齿轮320与被连接至第二组臂306的下臂324的另一个齿轮322啮合。第二组臂306的上臂326具有枢转地连接至连接件308的一端和枢转地连接至托架328的一个相对端。下臂324的相对端也枢转地连接至托架328。载体组件310具有与在上文中描述的相似的构造。

在图5中，可以看到，当致动器312起作用以在装载向展开位置之间移动第一组臂304时，啮合齿轮320和322将起使第二组臂306也向向外展开的位置移动的作用。同样地，本发明将齿轮320和322用作用于引起铰接搬运设备300在存储位置和展开位置之间的移动的适当的连接机构。一对齿轮也可以被连接至第一组臂的任意一个臂和被连接至第二组臂中的任意另一个臂的一个相对端。使用至少一对齿轮。

图6示出本发明的铰接搬运设备400的另一个选择性的实施例。如图6中所示，铰接搬运设备400以与图1-3中示出的相似的构造包括底座402、第一组臂404、第二组臂406、连接件408和载体组件410。致动器412在第一组臂404上起作用。第一组臂404包括上臂414和下臂416。第二组臂406包括上臂418和下臂420。致动器412枢转地连接至底座402并在从下臂416向下延伸的角撑板422上起作用。

在图6中，可以看到，存在起将肘形下臂416连接至肘形下臂420的作用的联动机构424。联动机构通常是直线的并在每一端具有孔。下臂416和420分别具有枢转地连接至连接件408的通常肘形端436和430。联动机构424在枢转点434的一端枢转地连接至下臂416，在枢转点428的另一端枢转地连接至下臂420。选择性地，联动机构424可以枢转地连接至第一组臂的任一个臂和连接至第二组臂中的一个臂。使用至少一个联动机构。

本发明的这种形式的联动机构424的使用提供了一种选择性的机械驱动装置以协调第一组和第二组臂的成角度的移动。联动机构424允许铰接搬运设备400在存储位置和展开位置之间的移动。

图7示出采用机械驱动装置和致动器装置的组合以将设备从存储位置向展开位置展开的一个选择性的实施例。该实施例中的构造与在上文中的图5中描述的相似，外加具有枢转地连接至连接件308的一端332和枢转地连接至被连接至下臂的角撑板66的另一端330的致动器装置24。

致动器装置24被用作主要载荷支承元件，而一对啮合齿轮320和322协调第一组臂304和第二组臂306的成角度的移动。采用机械驱动装置，例如一对齿轮320和322和致动器装置24的组合将冗余层提供为用于在钻井操作中特别地有用的铰接搬运设备的适当的操作的故障验证系统。机械驱动装置可以补偿致动器24的操作中的任意可能的不均衡，以便允许铰接搬运设备300在存储位置和展开位置之间更精确的移动。机械驱动装置可以是图6中描述的形式的联动机构。

图8示出本发明的铰接搬运设备600的另一个选择性的实施例。和之前的实施例一样，铰接搬运设备600包括底座602、第一组臂606、连接件608、第二组臂610和第二致动器612。这些部件以与在上文中结合图1-3描述的相似的方法布置。重要地，载体组件614与之前的实施例不同。

在图8中，可以看到，载体组件614包括具有从其向上垂直地延伸的垂直轨道618的托架616。重要地，钻井工具620被连接至被接收在垂直轨道618的通道中的滚子622和624。存在被连接至钻井工具620的致动器626。致动器626具有可以通过使用液压或气动压力向外延伸的活塞628，以便推靠钻台630。同样地，钻井工具620可以沿轨道618相对于致动器626在钻井工具620上推动的力向上和向下移动。在该实施例中，致动器626由钻井工具620，而不由载体组件614运送。如这里看到的，钻井工具的整个悬臂重量从铰接设备本身释放，并且作为代替，重量由致动器626支撑，因此导致在操作过程中改进设备的总体稳定性。这是采用载体组件的另一个优点，因为载体组件允许钻井工具沿载体向上和/或向下移动。

图9示出用于以相同的方式移动第一和第二致动器的液压示意图700。重要地，该系统700被连接至第一致动器和第二致动器以便使流体传到这些致动器，这样，致动器沿相对的方向以大致相等的速度移动第一组臂和第二组臂。最初，可以看到，阀82被连接至压力管路702。阀82将使流体流动沿管路704和706向外传到各自的第一致动器708和第二致动器710。同样地，这些致动器708和710的各自的活塞712和714可以通常相等或任意期望的速度从其向外移动。致动器708和710中的活塞的另一侧的流动可以沿管路720通过管路716和718从其向外流动。同样地，阀82起分流器的作用，以便以期望的速度将入口流动分配到一对出口中。图9的示意图也可以用于多个致动器。同样地，致动器708可以是多个致动器，并且致动器710可以是多个致动器。

前面的本发明公开的内容和描述是其说明性的和解释性的。可以在不背离本发明的真实的精神的情况下在所附的权利要求书的范围内对所示的结构的细节进行多个改变。本发明应当仅由下面的权利要求书及其合法的等价物限制。

Claims (36)

1.一种用于搬运钻井工具的铰接设备，包括：

一个底座；

第一组臂一端与底座绞接并向外延伸；

一个连接件与第一组臂的相对端绞接；

第二组臂一端与连接件绞接并从其向外延伸；

一个载体组件与第二组臂相对端绞接，所述载体组件可运送钻井工具，上下移动该钻井工具。

2.如权利要求1所述的设备，还包括：

用于在存储位置和展开位置之间移动该钻井工具的驱动装置。

3.如权利要求2所述的设备，所述驱动装置包括：

一端与底座绞接另一端和第一组臂中的至少一个臂绞接的第一致动器，第一致动器至少一个；和

一端与连接件绞接另一端和第二组臂中的至少一个臂绞接的第二致动器，第二致动器至少一个。

4.如权利要求3所述的设备，所述驱动装置还包括：

被连接至第一致动器和第二致动器的流体输送装置，所述流体输送装置用于使流体传到第一和第二致动器，这样，第一和第二致动器使所述第一组臂和所述第二组臂分别沿相对的旋转方向以大致相等的角速度旋转。

5.如权利要求1所述的设备，所述第一组臂包括：

一端与底座绞接另一端和连接件绞接的第一臂；和

一端与底座绞接另一端和连接件绞接的第二臂，所述第一臂和第二臂延伸时平行。

6.如权利要求5所述的设备，所述第一组臂还包括：

一端与底座绞接另一端和连接件绞接的第三臂；和

一端与底座绞接另一端和连接件绞接的第四臂，所述第一臂和所述第二臂在公共垂直平面中延伸，所述第三臂和所述第四臂以分别与所述第一臂和第二臂间隔平行的公共垂直平面中延伸。

7.如权利要求1所述的设备，所述第二组臂包括：

一端与连接件绞接另一端和载体组件绞接的第一臂;和

一端与连接件绞接另一端和载体组件绞接的第二臂，所述第一臂以与所述第二臂平行关系地延伸。

8.如权利要求7所述的设备，所述第二组臂还包括：

一端与连接件绞接另一端和载体组件绞接的第三臂；和

一端与连接件绞接另一端和载体组件绞接的第四臂，所述第一臂和所述第二臂在公共垂直平面中延伸，所述第三臂和所述第四臂以分别与所述第一臂和所述第二臂间隔平行的公共垂直平面中延伸。

9.如权利要求1所述的设备，所述载体组件具有从其向外延伸的托架，所述第二组臂的所述相对端和载体组件绞接。

10.如权利要求2所述的设备，所述驱动装置包括被连接至所述载体组件的液压或气动致动器或旋转致动器以便与该钻井工具合作。

11.如权利要求1所述的设备，所述载体组件包括：

垂直延伸的第一轨道；和

以与所述第一轨道间隔平行关系地垂直延伸的第二轨道；和多个适于连接至钻井工具的滚子，所述多个滚子相对于所述第一和第二轨道安装，以便允许钻井工具向上和向下移动。

12.一种铰接设备，包括：

钻井工具；

一个底座；

第一组臂一端与底座绞接并向外延伸；

一个连接件与第一组臂的相对端绞接；

第二组臂一端与连接件绞接并从其向外延伸；

一个载体组件与第二组臂相对端绞接，所述载体组件可运送钻井工具，上下移动该钻井工具；和

用于在存储位置和展开位置之间移动所述钻井工具的驱动装置。

13.如权利要求12所述的设备，所述驱动装置包括：

至少一个第一致动器,一端与底座绞接,相对端与所述第一组臂绞接,位置介于其端部之中；和

至少一个第二致动器,一端与连接件绞接,相对端与所述第二组臂绞接,位置介于其端部中。

14.如权利要求12所述的设备，所述驱动装置包括：

至少一个第一致动器,一端与底座绞接,相对端与所述连接件绞接；和

至少一个第二致动器,一端与连接件绞接,相对端与所述第二组臂绞接,位置介于其端部之中。

15.如权利要求12所述的设备，所述驱动装置包括：

至少一个第一致动器,一端与底座绞接,相对端与所述第一组臂绞接,位置介于其端部之中；和

至少一个第二致动器,一端与连接件绞接,相对端与所述载体组件绞接。

16.如权利要求12所述的设备，所述驱动装置包括：

至少一个第一致动器,一端与底座绞接,相对端与所述连接件绞接；和

至少一个第二致动器,一端与连接件绞接,相对端与所述载体组件绞接。

17.如权利要求13所述的设备，所述驱动装置还包括：

被连接至第一致动器和第二致动器的流体输送装置，所述流体输送装置用于使流体传到第一致动器和第二致动器，这样，第一和第二致动器使所述第一组臂和所述第二组臂分别沿相对的方向以大致相等的角速度移动。

18.如权利要求17所述的设备，该致动器是液压或气动汽缸或旋转致动器。

19.如权利要求12所述的设备，所述载体组件包括：

与所述的第二组臂的相对端绞接的托架；被连接至所述托架的垂直轨道；和

多个可移动地定位在所述垂直轨道上的滚子，所述驱动装置与所述载体组件合作，用于沿所述垂直轨道移动所述钻井工具。

20.一种用于搬运钻井工具的铰接设备，包括：

一个底座；

第一组臂一端与底座绞接并向外延伸；

一个连接件与第一组臂的相对端绞接；

第二组臂一端与连接件绞接并从其向外延伸；

一个载体组件与第二组臂相对端绞接，所述载体组件可运送钻井工具，上下移动该钻井工具；

连接至所述第一组臂用于使所述第一组臂向内和向外移动的致动器装置；和

连接至第一组臂或与其相互连接用于向内和向外驱动所述第二组臂的机械驱动装置。

21.如权利要求20所述的设备，所述致动器装置包括：

至少一个致动器,一端与底座绞接,相对端与所述第一组臂绞接,位置介于其端部之中。

22.如权利要求20所述的设备，所述致动器装置包括：

至少一个致动器,一端与底座绞接,相对端与所述连接件绞接。

23.如权利要求20所述的设备，所述致动器装置是液压或气动汽缸或旋转致动器。

24.如权利要求20所述的设备，所述机械驱动装置是一对齿轮。

25.如权利要求20所述的设备，所述机械驱动装置是机械联动机构。

26.如权利要求20所述的设备，所述载体组件包括：

一个与所述的第二组臂的相对端绞接的托架；

一个与所述托架连接的垂直轨道;

可移动地定位在所述垂直轨道上的多个滚子，所述支架组件适于在其上接收钻井工具；和

与所述支架组件合作用于使钻井工具沿所述垂直轨道移动的驱动装置。

27.一种用于与钻台共同使用的铰接设备，包括：

钻井工具；

一个底座；

第一组臂一端与底座绞接并向外延伸；

一个连接件与第一组臂的相对端绞接；

第二组臂一端与连接件绞接并从其向外延伸；

一个载体组件与第二组臂相对端绞接，所述载体组件运送钻井工具；和

与所述钻井工具合作用使所述钻井工具相对于钻台向上和向下移动的驱动装置。

28.如权利要求27所述的设备，所述驱动装置用于使所述钻井工具向上和向下垂直地移动。

29.如权利要求27所述的设备，所述驱动装置是齿条-和-小齿轮组件。

30.如权利要求27所述的设备，所述驱动装置是滑轮-和-线轴组件。

31.如权利要求27所述的设备，所述驱动装置是致动器。

32.如权利要求31所述的设备，致动器是液压或气动汽缸或旋转致动器。

33.如权利要求31所述的设备，该致动器被连接至所述钻井工具和被连接至所述载体组件。

34.如权利要求31所述的设备，该致动器仅被连接至所述钻井工具，所述致动器适于直接推靠钻台，以便使该钻井工具相对于该钻台向上和向下移动。

35.如权利要求27所述的设备，所述底座具有被连接至其的液压马达或电动机，以便允许该基部相对于该钻台旋转。

36.一种用于搬运钻井工具的铰接设备，包括：

一个底座；

第一组臂一端与底座绞接并向外延伸；

第二组臂一端与连接件绞接并从其向外延伸；

多个连接件；

所述第一组臂和所述第二组臂之间至少有一组附加的臂，其中，所述第一和第二组臂中的每一组与该连接件绞接，其中，至少一个致动器与连接件绞接；

一个载体组件与第二组臂相对端绞接，所述载体组件可运送钻井工具，上下移动该钻井工具；和

连接至所述第一组臂用于使所述第一组臂向内和向外移动的致动器装置。

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