CN103075120A - 顶部驱动设备和用于夹持管状物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶部驱动设备，其包括顶部驱动器（20）和连接至顶部驱动器（20）且位于顶部驱动器之下的夹持设备（100），夹持设备（100）具有主体（285，600）、用于接收要被夹持的管状物的喉部和四个用于接合要被夹持的管状物的夹持器（650，672）。本发明还公开了一种顶部驱动设备，其包括具有主轴（528）的顶部驱动器（20）、与主轴（528）连接的器件（522）和从顶部驱动器（20）悬挂下来的主体（600），其特征在于主体（600）包括第一键槽构件，器件（522）具有第二键槽构件（524），第二键槽构件用于与所述第一键槽构件接合以按照选择抑制器件的旋转，从而便于脱开器件与顶部驱动器的所述主轴（528）之间的连接。

Description

顶部驱动设备和用于夹持管状物的方法

本申请是名称为“顶部驱动设备和用于夹持管状物的方法”、国际申请日为2007年11月15日、国际申请号为PCT/GB2007/050691、国家申请号为200780049969.6的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种顶部驱动设备、一种用于夹持管状物的方法和一种便于从顶部驱动器的主轴上移除器件的方法。

背景技术

在油或气井或地热井或淡水井等的构造中钻井孔时，钻头安放在钻柱端部上，钻柱被旋转以穿过地层钻出井孔。

用于钻井孔（比如油或气井）的顶部驱动设备是两种用于钻井孔的普通型设备中的一种，另一种是转盘设备。

具有转盘的钻机一般包括在顶部带有天车的支承井架结构。游动滑车通过由绞车供应的钢丝绳可动地从天车上悬挂下来。吊钩或滑车适配器可从提环上的游动滑车上悬挂下来。方钻杆通过吊钩悬挂在游动滑车上。方钻杆的下端部固定到钻柱上。钻柱的下端部具有承载钻头的底部钻具组合。钻柱和钻头被放置在正在钻进并且从地面向下延伸的井孔内。方钻杆通过转盘在井孔内旋转。

顶部驱动设备一般包括容纳马达的主体，该马达用于使驱动轴旋转，该驱动轴具有可与管状物单根、管状物立根或管状物柱连接的接头。这些管状物可以是下述管中的任一种：钻杆、套管、衬套、附加管（premium tubular）或任何其它用于井孔（比如油和气井）的构建、维护和修理的管状物。顶部驱动设备通常被安放在钻机井架上的基本竖直的轨道上。顶部驱动设备利用越过游动滑车上的天车的绳索在轨道上被升高和降低，该游动滑车经由吊钩或滑车适配器连接至顶部驱动设备，吊钩或滑轮适配器可从提环上的游动滑车上悬挂下来。该绳索利用通常称为绞车的绞盘被卷起和放开。顶部驱动设备因而可被用于使管状物进入和移出井孔；使钻柱旋转以便于钻出井孔；以及使管状物单根或立根相对于悬持在井孔中的管状物柱旋转，以使管状物与钻柱中的管状物柱螺纹连接或分离，从而加长或缩短管状物柱。顶部驱动器具有连接杆适配器，一对连接杆从连接杆适配器悬挂下来。吊卡从附接至顶部驱动器的连接杆悬挂下来，从而便于操纵管状物和使与管状物与接头对准，用于对其进行连接和分离。顶部驱动设备还可用于与被动或主动卡盘和/或与旋转钳结合，从而便于管状物与管状物柱的连接和分离。

重要的是能够控制井孔相对于地层的压力。在某些情况下，司钻可能认为需要欠平衡钻井，其中施加于暴露在井孔中的地层上的压力低于地层的内部流体压力。因而，如果存在充分的多孔性和渗透性，则地层流体会进入井孔。在接近欠平衡条件时，钻速通常增加。但是，司钻可能认为需要过平衡钻井，其中井孔中的压力值超过地层中的流体压力。需要额外的压力以防止储层流体（油、气或水）进入井孔。但是，过度的过平衡会由于有效地加固靠近井孔的岩石和限制从钻头下排出的钻屑而显著地减慢钻井进程。另外，高的过平衡压力与差的钻井泥浆特性相结合会导致压差卡钻问题。因为储层压力从一个地层到另一个地层是变化的，而钻井泥浆的密度相对恒定，所以过平衡从一个产层到另一个产层是变化的。司钻能够通过改变钻井泥浆的密度而使钻井条件从欠平衡改变成过平衡，钻井泥浆密度的改变通过利用增重剂增加或减小钻井泥浆的密度来实现。

如果井中的压力未得到适当的控制，则不会使钻速最大化。在最差的情形中，井可能会由于井孔中压力的不足而崩塌。在钻经特殊类型的地层时更可能发生这种情况。

过去，在钻柱的单根和立根连接或分离过程中停止钻井流体的循环。注入阀或泥浆保护阀用于在该连接或分离过程中保持钻柱中的压力。但是，每次都不得不连接和分离阀。因此，存在不连续循环，尽管在井中基本上维持了压力，但压力变化的脉动还是很显著的。

通常优选的是，维持钻屑悬浮在钻井流体中以便于使它们从钻头移走并且防止它们回落到井孔中。钻井泥浆循环的停止会导致钻屑下沉。为了遏制这一点，在许多现有技术的系统中尝试额外的流体加重，通常是增加流体的粘性。这导致在地面处需要更大的泵送动力以使更稠的流体运动；但是泵送力的这种增加会导致井底的过压，这样会导致井下地层毁坏或流体损失。

连续循环系统已得到开发且在PCT申请WO98/16716中得到公开，其允许在整个管状物与管状物柱的连接和分离过程中进行钻井泥浆循环。WO98/16716公开了如下内容：特别是用管闸板的上部装置应用并且密封在将连接至管状物柱的管状物周围，用管闸板的下部装置应用并且密封在位于井中的管状物柱顶部的管状物周围，从而在其间产生腔室，以及使用全封闭闸板密封住位于将连接的管状物的端部公接头和管状物柱顶部的管状物的母接头之间的腔室，从而形成上部腔室和下部腔室。钻井泥浆入口设置在全封闭闸板装置和第二管闸板装置之间的下部腔室中。钻井泥浆的供应源也与将连接的管状物的顶端部连接，从而形成连接，下部管闸板被致动且在位于井眼中的管状物柱的顶端部周围进行密封，全封闭闸板被致动以在钻柱顶部周围形成下部腔室。钻井泥浆被允许流入下部腔室且循环进入钻柱的顶部。钻井泥浆经过钻柱到达钻头并且通过由钻柱和井孔形成的环形空间返回。钻井泥浆由泥浆振动筛、离心分离机等处理，以便从其中去除钻屑和需要时添加的添加成分，然后循环到下部腔室。其间，管状物单根或立根被下放到连续循环系统的顶部。上部管闸板被致动以在管周围形成密封。该管单根或立根的上端部附接至钻井泥浆的供应源，钻井泥浆通过阀的致动流入上部腔室。现在上部腔室和下部腔室中的钻井泥浆压力基本相等。全封闭闸板被打开，而管状物单根或立根的公接头端对扣到管状物柱顶端部的母接头中并且被旋转和扭转以形成连接。腔室中的钻井泥浆可以被排出并且上部和下部闸板被打开以将添加的管状物单根或立根下放到井中。从而在形成和断开连接的同时，使循环经过管状物柱和环形空间连续进行。

已经对连续循环系统进行了各种改进，包括在钻井的同时控制连续循环。从而允许在管状物与管状物柱的连接或分离的同时进行连续钻井。这可用于利用钻杆钻井或利用套管钻井中。

吊卡用在这些操作中，以按照选择支承管和便于使管状构件从一个位置运动至另一个位置。

现有技术公开了与这种系统一起使用的多种管状物夹持器设备和顶部驱动器。某些现有技术的顶部驱动设备具有顶部驱动单元、用于接收管状构件的管夹持器系统和用于接触和夹持已置于夹持器系统内的管状物的可接合夹爪。一方面，每个夹爪具有互连的液压缸设备，该液压缸设备被控制和致动以使夹爪运动从而进入或脱开与管状物的夹持接合。内部防喷器（IBOP）可用于在进行钻井操作时防止管状物（比如钻管或套管）中的压力增加。IBOP可位于与顶部驱动器的主轴螺纹连接的顶部驱动器的下方。

现有技术专利公开了多种多样的这种系统，包括但不限于（仅通过举例的方式）在美国专利7,055,594和该专利所引证的参考文献中公开的那些系统，以及在美国专利2,950,639、3,902,385、4,346,629、4,458,768、5,433,279、6,276,450、4,813,493、6,705,405、4,800,968、4,878,546、4,753,300、6,536,520和6,679,333中公开的那些系统。

美国专利7,055,594公开了管夹持器和顶部驱动设备，在某些方面，公开了一种在至少一些方面具有顶部驱动单元的顶部驱动钻井系统，和一种位于顶部驱动单元之下的管夹持系统，该管夹持系统其具有用于接收将由管夹持系统夹持的管状物的开放喉部；而且，在至少某些方面，公开了一种夹持系统，该夹持系统具有主体，其中第一和第二夹爪可动地连接到该主体上，该夹持系统还具有活塞/汽缸装置，该活塞/汽缸装置与每个夹爪可动地互连，用于使夹爪运动以夹紧管，然后使管旋转。一方面，公开了一种管夹持系统，该管夹持系统具有主体、与该主体可动地连接的第一夹爪、与该主体可动地连接的第二夹爪、与第一夹爪可动地互连的第一活塞/汽缸装置、与第二夹爪可动地互连的第二活塞/汽缸装置、第一活塞/汽缸装置用于使第一夹爪运动以夹紧管，第二活塞/汽缸装置用于使第二夹爪运动以夹紧管，第一活塞/汽缸装置用于使第一夹爪运动且第二活塞/汽缸装置用于使第二夹爪运动以使管旋转。

美国专利7,281,451公开了用于在管状物柱内形成和脱开管状物连接的方法和设备。在某些方面，大钳组件（tong assembly）包括门控动力和与扭矩杆联接的固定大钳。大钳的夹爪可沿圆周设置，其中支承构件设置在相邻夹爪之间，以大致形成360度的封闭圆环。液压回路可平均地分配流体和压力以致动夹爪。该动力大钳可包括由至少三个驱动马达驱动的门控转子。转子可通过一个或多个转子锁按照选择物理锁定旋转或运动。另外，大钳组件可包括一种联锁装置，该联锁装置在转子锁致动以释放转子之前防止驱动马达致动。另外，门锁可在闭合时保护大钳和转子，而且可释放的联接装置可帮助马达接合转子泵。公开了一种用于在连接和分离操作过程中操纵第一管状物和第二管状物的设备，包括：大钳，该大钳具有径向设置在可旋转构件内并且可朝中心运动的夹爪，用于夹持第一管状物，其中每个夹爪由共有的压力限制器独立控制的基本平均的流体供应致动；以及支持构件，用于夹持第二管状物并防止第二管状物旋转。

美国专利3,902,385公开了用于形成或脱开螺纹管接头的管接头连接或脱开工具，包括两个分别适于在两个管段周围延伸并且夹持两个管段的夹持组件，每个夹持组件都具有两个铰接在一起、用于开闭运动的夹爪，其中两个夹持组件安装用于通过动力驱动致动装置绕管轴线进行相对旋转运动，该动力驱动致动装置优选包括两个活塞和汽缸机构，其中每一个活塞和汽缸机构在基本上位于夹持组件的两个夹爪之间的铰接位置处沿一个旋转方向作用在夹持组件中的一个上，而沿相反的旋转方向作用在夹持组件中的另一个上。一方面，公开了一种用于实现两个螺纹管之间绕管轴线的相对旋转的工具，包括：第一夹持组件，适于在第一管周围延伸且夹持该第一管，第一夹持组件包括两个夹爪和将夹爪连接在一起的第一铰接连接，所述第一铰接连接用于在开放和闭合位置之间绕第一铰接轴线相对摇摆运动；第二夹持组件，适于在第二管周围延伸且夹持该第二管，第二夹持组件包括两个附加夹爪和将附加夹爪连接在一起的第二铰接连接，所述第二铰接连接用于在开放和闭合位置之间绕第二铰链轴线相对摇摆运动；动力操作致动单元，用于以在管之间引起相对旋转的关系对这两个夹持组件施加作用力；两个铰接连接，可在夹持组件两者的夹爪均可打开的位置中彼此大致轴向对准地接收；以及由夹持组件中的一个的夹爪承载的肩部，在两个组件处于其可打开的相对位置中时，该肩部可与夹持组件中的另一个的相应夹爪上的肩部以从一个夹爪向另一个夹爪传输闭合力的关系接合。

发明内容

根据本发明，提供了一种顶部驱动设备，其包括顶部驱动器和连接至顶部驱动器并且位于顶部驱动器之下的夹持设备，该夹持设备具有主体、喉部和四个夹持器，所述喉部用于接收要被夹持的管状物，所述四个夹持器与要被夹持的管状物接合。

优选地，四个夹持器中的两个绕喉部成钝角设置。有利的是，四个夹持器的另外两个绕喉部成钝角设置。更优选地，绕喉部成钝角设置的四个夹持器中的两个被设置在主体的第一部分中，绕喉部成钝角设置的四个夹持器中的另外两个被设置在主体的第二部分中，第一部分可按照选择从第二部分运动。优选地，第一部分可与另一部分分离。有利的是，所述部分是主体的一个半部。优选地，第一部分相对于第二部分铰接。在某些方面，主体是单件的；在其它方面，主体是可分离的两个半部。

有利的是，夹持器中的至少一个可动地连接至主体。优选地，活塞和汽缸用于使夹持器中的至少一个运动。有利的是，活塞和汽缸具有双重作用，以使得在使用中，夹持器中的至少一个可朝向和远离管状物运动。优选地，夹持器被设置在可旋转地固定至主体的臂上。

优选地，夹持设备在至少一个抗扭矩管上从顶部驱动器悬挂下来，优选地，具有至少两个抗扭矩管。这些抗扭矩管的横截面可以是矩形的。有利的是，至少一个抗扭矩管是可延伸的，以允许夹持设备朝向和远离顶部驱动器运动。有利的是，抗扭矩管是伸缩的。优选地，抗扭矩管包括外部上部部分和下部内部部分，下部内部部分在外部上部部分内滑动。优选地，活塞和汽缸用于延伸抗扭矩管。

有利的是，主体还包括键槽构件，该键槽构件与另一器件上的相应键槽构件配合。优选地，另一器件是IBOP。

有利的是，顶部驱动设备还包括提升设备，该提升设备用于提升夹持设备，以使得键槽构件与另一器件上的相应键槽构件相啮合，从而按照选择接合。优选地，喉部是圆形的，并且键槽构件环绕喉部的一部分。有利的是，主体包括两个半部，键槽构件设置在两个半部中的一个半部上。优选地，夹持器设备保持从IBOP悬挂下来的管状物部分，顶部驱动器的主轴被旋转以使IBOP与主轴分离。然后使主体的第一半部运动离开第二半部，以使得内部防喷器可从夹持设备上移除。有利的是，顶部驱动器包括主轴和与主轴连接的内部防喷器。IBOP被直接连接或经由接头等间接连接。优选地，内部防喷器具有主要部分和从其上悬挂下来的管状部分，该主要部分设置在顶部驱动器和夹持设备的主体之间。

优选地，夹持器可同时运动，以夹持夹持设备喉部中的管状物。一方面，每个夹持器具有互连的液压缸设备，该液压缸设备被按照选择控制和致动以使夹持器运动从而进入和脱开与管状物的夹持接合，或者使夹持器运动从而脱开与管状物的夹持接合。

本发明还提供一种用于夹持顶部驱动器之下的管状构件的方法，该方法包括以下步骤：使管状构件的一部分运动到夹持设备中，将夹持设备定位在顶部驱动器之下，夹持设备具有主体，该主体具有可将要被夹持的管状物接收在其中的喉部和四个与要被夹持的管状物接合的夹持器，夹持器与主体可动地连接，以及利用夹持系统的四个夹持器夹持管状构件。

优选地，主体包括两部分，该方法包括以下步骤：使两部分中的至少一个运动以打开喉部。有利的是，顶部驱动器具有主轴，内部防喷器连接至该主轴。优选地，主体具有第一键槽构件，内部防喷器具有第二键槽构件，该方法还包括使第一键槽构件与第二键槽构件配合的步骤。有利的是，夹持设备设置在提升设备上，用于相对于第二键槽构件升高管状物夹持设备以与第一键槽构件接合，从而便于脱开内部防喷器和主轴之间的连接，该方法还包括以下步骤：提升夹持设备，以使得第一键槽构件与第二键槽构件接合，以及脱开内部防喷器和主轴之间的连接。

优选地，夹持设备用于支承与主轴脱开的内部防喷器，第一部分可远离第二部分运动以打开喉部，以使得内部防喷器可从夹持器系统移除，该方法包括以下步骤：在第一部分支承内部防喷器的同时使第一部分远离第二部分运动，以及使内部防喷器远离第一部分运动。

本发明还提供了一种顶部驱动设备，其包括具有主轴的顶部驱动器、与该主轴连接的器件和从该顶部驱动器悬挂下来的主体，其特征在于：该主体包括第一键槽构件，该器件具有第二键槽构件，第二键槽构件与第一键槽构件接合以按照选择抑制器件的旋转，从而便于使其与顶部驱动器的主轴脱开。

优选地，主体是用于按照选择夹持管状构件的夹持器设备。有利的是，器件是内部防喷器。优选地，第一键槽构件包括设置在凹表面上的键槽。优选地，凹表面是圆的一部分，优选的，环绕90到270度，有利的是，大致180度或稍大于180度，以使得如果器件被安放在第一键槽构件上，器件将会因此被支承并且不太可能从其上落下。

有利的是，第二键槽构件包括设置在凹表面上的键槽。优选地，凹表面是环绕器件部分的完整圆周。优选地，第二键槽构件与器件处于固定关系并且不经由螺纹接头连接。有利的是，第一键槽面设置在主体的直立凸出部上。

优选地，主体包括用于接收管状构件的喉部，第一键槽面邻近喉部设置。有利的是，主体以两部分形成，第一键槽构件设置在两部分中的至少一个部分上，这两部分可运动以打开喉部，从而便于从喉部移除器件。有利的是，主体可朝向或远离顶部驱动器运动，以按照选择使第一键槽构件和第二键槽构件接合和分离。

优选地，第一和第二键槽构件包括基本竖直设置的键槽，优选地，使得在主体相对于顶部驱动器竖直运动以使第一键槽构件和第二键槽构件接合时，这些键槽啮合。

本发明还提供一种用于便于移除与顶部驱动器的主轴连接的器件的方法，该方法包括以下步骤：使从顶部驱动器悬挂下来的主体的第一键槽构件与器件的第二键槽构件接合，使顶部驱动器的主轴旋转以使器件与主轴与脱开。通常在主轴和器件之间提供螺纹连接。

优选的，该方法还包括将器件安放在键槽构件上的步骤。有利的是，该方法还包括将器件安放在主体上的步骤。优选地，该方法还包括将金属线附接至器件和使器件脱开与顶部驱动器的对准的步骤。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在参照附图通过举例进行描述，附图中：

图1是具有根据本发明的包括夹持器设备的顶部驱动设备的钻机部分的局部透视图；

图2A是根据本发明的包括夹持器设备的顶部驱动设备的透视图；

图2B是图2A所示的顶部驱动设备的侧视图；

图3A是根据本发明的钻机部分的侧视图；

图3B是图3A所示的钻机的俯视图；

图4是图2A所示的顶部驱动设备部分的放大主视图；

图5A是根据本发明的包括夹持器设备的顶部驱动设备的侧视图；

图5B是图5A所示的顶部驱动设备部分的透视图；

图5C是图5A所示的顶部驱动设备部分的透视图；

图5D是图5A所示的顶部驱动设备部分的放大透视图；

图5E是图5A所示的顶部驱动设备部分的俯视图；

图5F是图5A所示的顶部驱动设备部分的透视图；

图5G是图5A所示的顶部驱动设备部分的俯视剖面图；

图5H是图5A所示的顶部驱动设备部分的顶部剖切开的透视图；

图6是根据本发明的夹持器设备的主视图。

具体实施方式

图1示出了一种根据本发明的顶部驱动设备10，所述顶部驱动设备包括悬挂在井架12中的顶部驱动钻井单元20。可选的连续循环系统30安放在钻台14上，保护接头部分22从系统30向上伸出。保护接头22连接至顶部驱动钻井单元20且由顶部驱动钻井单元旋转。吊卡40悬挂在顶部驱动钻井单元20下方。根据本发明的夹持器设备50（示意性示出）从顶部驱动钻井单元20上悬挂下来，吊卡40从夹持器设备50上悬挂下来。任何合适的已知吊卡可与管状物夹持器设备50一起使用。夹持器设备50（根据本发明的任一种）利用连接杆（link）18从顶部驱动钻井单元20上悬挂下来，吊卡40利用连接杆24从管状物夹持器设备上悬挂下来。

根据本发明的系统可使用用于现有顶部驱动器和/或其它现有钻机设备的液压动力线路（例如但不限于管处理器），现场的司钻控制台DC、按钮、一台或多台计算机和控制器可用于控制根据本发明的管状物夹持器设备。替代地，可使用完全分离的液压动力系统和/或控制器；其在一方面是远程系统RS。

根据本发明的夹持器设备可以与如以下待决的美国申请所公开的系统一起使用：2005年5月28日提交的申请11/140,462、2004年6月16日提交的申请10/870,700、2004年6月24日提交的申请10/877,949、2004年6月18日提交的申请10/872,337和2004年6月7日提交的申请10/862,787，在此完全引入这些申请，用于所有的目的并且是可利用的，并且根据本发明的夹持器设备可从公开号为WO2005/121493的PCT申请文件中看到，在此也完全引入该文件，用于所有的目的并且是可利用的。

图2A到2B示出了一种根据本发明的顶部驱动设备TDS，其具有与连接杆113一起从索环116上悬挂下来的旋转接头主体112。索环116与游动滑车（未示出）连接。齿轮系统120安装在隔板121上，隔板121由旋转接头主体112支承。

马达130与齿轮系统120联接。可使用任何合适的马达。与马达130连接的制动系统140位于机罩（bonnet）144中，与方钻杆软管KH（它邻近辅助管束回路（service loop）SL）连接的鹅颈管146延伸穿过机罩144，钻井流体流动通过方钻杆软管KH。延伸系统198提供了顶部驱动设备的水平位移。

马达130具有驱动传动套筒轴的输出轴，该传动套筒轴延伸通过马达130、齿轮系统120、隔板121、旋转接头主体112、锁定系统160和载荷环170。套筒轴的下端部158与泥浆护罩系统（mud saversystem）90螺纹连接，泥浆护罩系统90自身与保护接头92连接。用于按照选择夹持管状物的根据本发明的系统100从载荷环170上悬挂下来。连接杆172使吊卡174从连接杆适配器189上悬挂下来。

平衡系统110（它可在使管状物对扣的过程中保持整个系统的重量）包括两个载荷补偿器114，每一个载荷补偿器具有与连接杆113连接的上端部和与旋转接头主体112连接的下端部。每一个载荷补偿器114均包括活塞/汽缸组件。

连接杆倾斜系统129提供连接杆172的选择性倾斜，从而提供吊卡174的选择性运动和倾斜以及使由吊卡174支承的管状物单根或立根朝向井孔中心线运动或远离井孔中心线运动。提环保持器94将连接杆172保持在连接杆适配器189上。连接杆倾斜液压缸128枢转地互连在载荷环170（连接至耳部128a）和臂部128b之间。每一个连接器124枢转地连接至臂部128b的下端部且连接至夹持装置126，夹持装置126被夹持在连接杆172上。可选地，滚轮销127延伸通过夹持装置126以便于使连接杆172在夹持装置126内运动。

防护装置173和174位于进入平台(access platform)199的侧边。进入平台199在其顶部可释放地连接至后部防护装置并且在其下部部分枢转地连接至防护装置，以使得它可枢转并被降低以提供平台，操作人员可站在该平台上以接近后部防护装置上的各种部件。可选地，进入平台可具有锯齿状部分，用于便于将管状物放置在其上以及便于使管状物在进入平台外部上运动。

顶部驱动设备TDS能够可动地安装在梁182（或“扭矩管”）上。水平位移由包括扭矩衬套的延伸系统198提供。其上附接有顶部驱动设备的延伸系统198可在其上附接有顶部驱动设备的梁182上竖直运动。每条腿285都是具有外部部分285o和内部部分285i的伸缩腿。

图3A和3B图示了在井架D中结合有根据本发明的顶部驱动设备TS的钻机部分。顶部驱动设备TS从滑车索环BB上悬挂下来，滑车索环BB以通常方式从井架D上悬挂下来。如图3A所示，吊卡174支承管立根TT，管立根TT包括两根钻杆143。立根TT已从具有多根接好的立根149的架工操作台（monkey board）上运动到与井眼147轴向对准的位置。鼠洞144可例如用于接立根。司钻从司钻面板141控制钻井。

图4图示了一种用于按照选择夹紧管状物（例如管或套管）的系统100。该系统100可以是整体设备或者它可具有铰接在一起的两个半部。系统100的外部腿部分285的顶端部利用销285a连接至接箍194的连接结构，并且利用销285b连接至载荷环170的连接结构；内部腿部分285i的底端部被栓接到系统100上。内部腿部分285i在外部腿部分285o内运动，以提供允许系统100上下运动的伸缩作用。

一方面，系统100具有利用可拆除销钉在一起的两个相对部分，从而使系统100可被打开。同样，这两部分都可拔掉销，从而允许腿运动分开，以允许接近腿上的器件和接近系统的其它部件。在某些方面，这两部分是相同的，从而便于替换和使所需的库存量最小化。

图5A到5H示出了一种根据本发明的顶部驱动设备500，其具有根据本发明的夹持器设备600。位于马达/齿轮系统504之下的连接杆适配器502连接至载荷环512并且具有支承吊卡510的连接杆506。伸缩腿516连接至夹持器设备600。

顶部驱动设备500包括上部内防喷器522。具有位于上部内防喷器522上的键槽524a的阳键槽构件524可与具有键槽604a的键槽套604配合，键槽524a被接收在键槽604a之间。夹持器上部600可在腿516上向上提升，使得键槽套604与阳键槽构件524接合，用于脱开顶部驱动设备的主轴528和上部内防喷器522之间的连接。在旋走上部内防喷器522之后，其上安装有键槽套604的夹持器设备600的部分支承上部内防喷器522。键槽套604位于管状物夹持器设备600的一个半部612上，并且如下所述，这一个半部612可从顶部驱动设备之下旋出，所以由夹持器设备600支承的器件，例如整个阀组或者例如所示的上部内防喷器522，可例如利用牵引线被升起移走。

管状物夹持器设备600有两个半部612、614，每一个半部利用多个销519可枢转地钉到腿516的腿座518上。中心销521也将这两个半部612、614钉到腿座518上。销519的移除允许夹持器设备600的一个半部612或614绕剩余的销519枢转（其中相应的中心销521被移除）。随着所有销的移除，这两个半部612、614可被拆开。如图5D所示，保持所述一个半部612的一个端部的销519和中心销521已被移除，使得这一个半部612可绕剩余的销519枢转，同时它支承已与轴528脱开的上部内防喷器522（其中套604与键槽构件524接合并且支承上部内防喷器522）。

腿516是提供长度可调能力的伸缩腿。下部腿部分516b在上部腿部分516内运动并从上部腿部分516中延伸出来（例如，参见图5A、5C）（尽管使用实心的非伸缩腿也落入本发明的范围内）。

对扣导向装置部分533和535便于使管状物定中心。对扣导向装置533、535也便于夹持器设备在要附接至主轴528的管状物的上对准。

图5G示出了夹持器设备600内部的一部分。每一个半部612、614都具有两个外壳641、642（半部612）和外壳643、644（半部614）。夹持器650可动地安放在每个外壳641－644内。

每个夹持器650都包括可动活塞652，利用螺栓656将模架（diecarrier）654栓接到活塞652上。密封件662密封外壳/活塞界面，密封件664密封支架668和活塞652之间的支架/活塞界面。每个模架654都具有固定至到其上的模子672。每个外壳641－644都具有流体端口PF和PO，用于提供处于压力下的流体以使活塞652运动，从而模子672使运动以与要被管状物夹持器设备600夹持的管状物TB接合和分离。活塞652在轴678上运动。

如图5G所示，每个活塞652都已被运动以使其相应的模子672已与管状物TB接合，在管状物夹持器设备600的中心夹持管状物TB。利用适当的控制系统CS，将来自流体源FS的处于压力下的流体（例如液压流体或气动流体）应用到活塞652上。可这样做，以使得活塞652同时协调一致地运动，或者不这样做。

图5H示出了一种使四个夹持器运动以与管状物接合的系统600的替代结构。四个夹持器700安装在外壳702上。外壳702具有开口704，用于接收支承腿（与腿516相类似）的下部部分。

每个夹持器700都具有外壳712，该外壳712具有枢转地安装到销716上的第一端部714。每个外壳712都具有第二端部718和开口722，轴724穿过该开口722伸出。每根轴724都具有固定到其上的模架726（带有模子728）。

臂部732从每个模架726延伸。每个臂部732都具有利用枢转销734可枢转地固定到外壳702上的端部。每根轴724都连接至内活塞P（以虚线示出一个）。活塞P的运动使轴724运动，从而使模架726朝向和远离管状物夹持器设备700中心的管状物运动。当轴724运动时，每个臂部732都绕其相应的枢转销734枢转，每个夹持器外壳712都绕其相应的销716枢转。通过线路738、739提供使活塞P运动的处于压力下的流体。

图6示出了一种根据本发明的系统800，其包括根据本发明的夹持器系统802（在此公开的任一种，例如夹持器系统100）。腿804将夹持器系统802连接至旋转设备810。旋转设备810的旋转使夹持器系统802和管状物旋转。夹持器系统802在所述管状物周围夹持。所示的腿804是非伸缩的，但也可以使用伸缩腿。

在某些方面，腿516比与腿285（图2A）类似的腿更结实。在某些方面，腿516的横截面比与比较平的腿285类似的腿更大和/或比与腿285类似的腿更长，并被制造得更结实，以更好地抵抗施加在由该腿所支承的夹持器系统上的扭矩。

因此，本发明在某些但不必是全部实施方式中提供了一种具有顶部驱动单元和连接至顶部驱动单元并且位于顶部驱动单元之下的管状物夹持系统的顶部驱动设备。

因此，本发明在某些但不必是全部实施方式中提供了一种具有顶部驱动单元和连接至顶部驱动单元并且位于顶部驱动单元之下的管夹持系统的顶部驱动设备，该管夹持系统具有主体、四个可动地连接至该主体的夹持器和四个活塞/汽缸装置，每个活塞/汽缸装置与每个夹持器可动地互连，该活塞/汽缸装置用于使夹持器运动以夹紧管状物，例如管。

因此，本发明在某些但不必是全部实施方式中提供了一种可连接至顶部驱动单元并位于顶部驱动单元之下的管状物夹持系统，该管状物夹持系统具有主体、四个可动地连接至该主体的夹持器和四个活塞/汽缸装置，每个活塞/汽缸装置与每个夹持器可动的互连，该活塞/汽缸装置用于按照选择使夹持器运动以夹紧管状物，例如管。在这种夹持系统中，可使夹持器同时并且协调一致地运动。

使四个夹持器等间距（例如每90度）地围绕用于接收管状物的开口或喉部间隔开在本发明的范围内。另一方面，使在夹持器系统的相对两个半部上的两个相邻的夹持器以锐角间隔开（参见图5E的夹持器A、B）和使同一个半部上的两个夹持器以钝角间隔开（参见图5E的夹持器A、C）在本发明的范围内。利用如图5E所示的定位，可减少尺寸DD并且根据本发明的夹持器系统可占据较少的空间，在某些方面，便于将这种系统定位在支承连接杆之间。

因此，本发明在某些但不必是全部实施方式中提供了一种在顶部驱动单元之下夹持管状构件的方法，该方法包括使管状构件的一部分运动到根据本发明的管状物夹持系统中，该夹持系统位于顶部驱动单元之下。

因此，本发明在某些但不必是全部实施方式中提供了一种具有顶部驱动器设备和连接至该顶部驱动设备并且位于顶部驱动设备下方的管状物夹持系统的顶部驱动设备，该管状物夹持系统具有主体和四个夹持器，所述主体可接收要被夹持在其中的管状物，所述四个夹持器用于接合要被夹持的管状物，所述夹持器与主体可动地连接。因此，本发明在某些但不必是全部实施方式中提供了一种顶部驱动设备，该顶部驱动设备具有：顶部驱动设备；和连接至顶部驱动设备并且位于顶部驱动设备之下的管状物夹持系统，该管状物夹持系统具有主体、与该主体可动地连接的第一夹持器、与该主体可动地连接的第二夹持器、与该主体可动地连接的第三夹持器、与该主体可动地连接的第四夹持器、与第一夹持器可动地互连的第一活塞/汽缸装置、与第二夹持器可动地互连的第二活塞/汽缸装置、与第三夹持器可动地互连的第三活塞/汽缸装置、与第四夹持器可动地互连的第四活塞/汽缸装置，每个活塞/汽缸装置都用于使其各自的夹持器运动以夹紧管状物。这种系统可按任何可能的组合包括下述特征中的一个或一些：第一夹持器与第二夹持器成第一角度，该第一角度是锐角，第一夹持器与第三夹持器成第二角度，该第二角度是钝角；该管状物夹持系统的主体包括第一半部和第二半部，第一半部与第二半部是可分离的；和/或键槽构件位于主体的第一半部上，该键槽构件用于与另一器件上的相应键槽构件配合。

因此，本发明在某些但不必是全部实施方式中提供了一种具有主体和四个夹持器的管状物夹持系统，所述主体可接收要被夹持在其中的管状物，所述四个夹持器用于接合要被夹持的管状物，该夹持器与该主体可动地连接。这种系统可按任何可能的组合包括下述特征中的一个或的一些：其中该管状物夹持系统具有四个夹持器，包括与该主体可动地连接的第一夹持器、与该主体可动地连接的第二夹持器、与该主体可动地连接的第三夹持器、与该主体可动地连接的第四夹持器，具有与第一夹持器可动地互连的第一活塞/汽缸装置、与第二夹持器可动地互连的第二活塞/汽缸装置、与第三夹持器可动地互连的第三活塞/汽缸装置、与第四夹持器可动地互连的第四活塞/汽缸装置，每个活塞/汽缸装置都用于使其各自的夹持器运动以夹紧管状物；其中该夹持器可同时运动或并不协调一致地独立运动；其中第一夹持器与第二夹持器成第一角度，该第一角度是锐角，第一夹持器与第三夹持器成第二角度，该第二角度是钝角；其中该管状物夹持系统的主体具有第一半部和第二半部，第一半部可与第二半部分离；和/或其中键槽构件在主体的第一半部上，该键槽构件用于与另一器件上的相应键槽构件配合。

因此，本发明在某些但不必是全部实施方式中提供了一种用于在顶部驱动单元之下夹紧管状构件的方法，该方法包括：使管状构件的一部分运动到夹持系统中，该夹持系统位于顶部驱动单元之下，该夹持系统具有主体和四个夹持器，所述主体可接收要被夹持在其中的管状物，所述四个夹持器接合要被夹持的管状物，该夹持器与该主体可动地连接；以及利用夹持系统的四个夹持器来夹持管状构件。

因此，本发明在某些但不必是全部实施方式中提供了一种利用管状物夹持系统来保持第一构件并且便于使第一构件与第二构件分离的方法，第一构件与第二构件螺纹连接，该管状物夹持系统具有主体，该主体上带有第一键槽结构，第一构件具有第二键槽结构，该方法包括：使第一键槽结构与第二键槽结构接合；以及从而防止第一构件相对于管状物夹持系统旋转。

Claims (23)

1.一种顶部驱动设备，包括顶部驱动器（20）和连接至所述顶部驱动器（20）并且位于所述顶部驱动器之下的夹持设备（100），所述夹持设备（100）具有主体（285，600）和用于接收要被夹持的管状物的喉部，其特征在于，所述夹持设备（100）还包括四个用于接合要被夹持的管状物的夹持器（650，672），每个夹持器位于活塞和汽缸（643，652，712）上，所述活塞和汽缸用于使所述夹持器运动以接合所述管状物。

2.根据权利要求1所述的顶部驱动设备，其中所述四个夹持器中的两个绕所述喉部成钝角设置。

3.根据权利要求2所述的顶部驱动设备，其中所述四个夹持器（650，672）中的其它两个绕所述喉部成钝角设置。

4.根据权利要求3所述的顶部驱动器，其中绕所述喉部成钝角设置的所述四个夹持器中的所述两个被设置在所述主体（600）的第一部分（612）中，绕所述喉部成钝角设置的所述四个夹持器中的所述其它两个被设置在所述主体（285，600）的第二部分（614）中，所述第一部分能按照选择从所述第二部分运动。

5.根据权利要求4所述的顶部驱动器，其中所述第一部分（612）相对于所述第二部分铰接。

6.根据权利要求1－5中任一项所述的顶部驱动设备，其中所述夹持器（650，672）设置在可旋转地固定至主体（600）的臂上。

7.根据权利要求1－5中任一项所述的顶部驱动设备，其中所述活塞和汽缸双向作用，使得在使用中所述夹持器中的至少一个能朝向和远离所述管状物运动。

8.根据权利要求1所述的顶部驱动设备，其中所述夹持设备（100）在至少一个抗扭矩管（285o，285i）上从所述顶部驱动器（20）悬挂下来。

9.根据权利要求8所述的顶部驱动设备，其中所述至少一个抗扭矩管（285o，285i）是可延伸的，以允许所述夹持设备（100）朝向和远离所述顶部驱动器运动。

10.根据权利要求1所述的顶部驱动设备，其中所述主体（600）还包括在所述主体（285，600）上的键槽构件（604），所述键槽构件用于与其它器件上的相应键槽构件配合。

11.根据权利要求10所述的顶部驱动设备，还包括提升设备（285o，285i），所述提升设备用于提升所述夹持设备（100），以使得键槽构件与所述其它器件上的所述相应键槽构件啮合以按照选择接合。

12.根据权利要求11所述的顶部驱动设备，其中所述喉部是圆形的，所述键槽构件（604）环绕所述喉部的一部分。

13.根据权利要求10、11或12所述的顶部驱动设备，其中所述主体（600）包括两个半部（612，614），所述键槽构件设置在所述两个半部中的一个半部上。

14.根据权利要求1－5中任一项所述的顶部驱动设备，其中所述顶部驱动器（20）包括主轴和与该主轴连接的内部防喷器（90）。

15.根据权利要求14所述的顶部驱动设备，其中所述内部防喷器具有主要部分和从主要部分上悬挂下来的管状部分，所述主要部分设置在顶部驱动器（20）和夹持设备（100）的主体（600）之间。

16.根据权利要求1所述的顶部驱动设备，其中所述夹持器（650，672）能同时运动。

17.一种用于使用根据前述任一项权利要求所述的顶部驱动设备在顶部驱动器（20）之下夹持管状构件的方法，该方法包括以下步骤：致动所述活塞和汽缸（643，652，712）来使所述夹持器（650，672）运动以接合所述管状构件。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述主体包括两部分（612，614），该方法包括使所述两部分中的至少一个部分运动以打开所述喉部的步骤。

19.根据权利要求17和18所述的方法，其中所述夹持器（650，672）同时运动。

20.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述顶部驱动器（20）具有主轴（528），并且内部防喷器（522）与该主轴（528）连接。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述主体具有第一键槽构件（604），并且所述内部防喷器具有第二键槽构件（524），该方法还包括使第一键槽构件（604）与第二键槽构件（524）配合的步骤。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述夹持设备（600）设置在提升设备（516）上，所述提升设备用于相对于第二键槽构件升高所述管状物夹持设备（600）以接合第一键槽构件（524），从而便于脱开内部防喷器（522）和主轴（528）之间的连接，该方法还包括以下步骤：提升夹持设备（600）以使得第一键槽构件（524）与第二键槽构件（604）接合，以及脱开内部防喷器（522）和主轴（528）之间的连接。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述夹持设备用于支承与主轴脱离的内部防喷器，第一部分能远离第二部分运动以打开喉部，以便使得内部防喷器能从夹持器系统上移除，该方法还包括以下步骤：在第一部分支承内部防喷器的同时使第一部分远离第二部分运动，以及使内部防喷器远离第一部分运动。

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