CN103277056A - 管件下送工具 - Google Patents

Abstract

一种用于在钻机中下送管件的下送设备，所述下送设备包括：安装在主轴（302）上的扭矩框架（310），所述主轴能连接至顶部驱动（TD）的马达；和连接件倾斜装置（308），所述连接件倾斜装置包括布置在扭矩框架（310）上方的转节（440）和从扭矩框架悬垂的可动臂（322）；用于促使管件进入扭矩框架（310）的嘴部，其中，所述转节（440）固定成在扭矩框架（310）夹持或旋转管件时使所述连接件倾斜设备（308）保持静止。

Description

管件下送工具

本分案申请是基于中国发明专利申请号200880018522.7（国际申请号PCT/US2008/005404）、发明名称“管件下送工具及使用方法”、申请日为2008年4月26日的专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本发明和本申请根据专利法要求提交于2006年4月28日的美国申请序列No.11/414,511、提交于2007年4月28日的美国申请序列No.60/926,679，以及国际申请日为2007年4月13日的PCT国际申请PCT/GB2007/050192的优先权，上述文献由本申请人共同拥有并且在此全文引入作为参考。本申请是提交于2006年4月28日的美国申请序列No.11/414,515的部分继续申请。

技术领域

本发明尤其涉及井眼管件下送系统；用于这种系统的管件装卸设备；套管下送系统；及其使用方法。

背景技术

现有技术公开了多种井眼管件下送系统，包括但不限于美国专利6,443,241；6,637,526；6,691,801；6,688,394；6,779,599；3,915,244；6,588,509；5,577,566；6,315,051，6,591,916以及提交于2005年5月12日的美国申请公开No.2005/0098352，提交于2006年11月29日的美国申请公开No.2006/0249292中公开的管件下送系统，所有这些专利和申请在此全文引入作为参考。

现有技术公开了多种管件装卸设备，包括但不限于美国专利6,527,493；6,920,926；4,878,546；4,126,348；4,458,768；6,494,273；6,073,699；5,755,289和7,013,759中公开的管件装卸设备，所有这些专利在此引入作为参考。

一些现有的管件下送系统及其使用方法需要通过钻台V形门区域使用绳索和/或斜支柱对管件进行控制操作；扶正对扣台操作和其他必需的管件手动装卸；为了某些功能使用动力大钳；具有相关费用和备用成本的大量人员；和与下送工具系统配合的单独的单根吊卡。

发明内容

本发明在某些方面公开了一种具有新颖的卡瓦系统的管件下送系统，其中，多个卡瓦块单独且独立地连接到水平梁上。卡瓦块在不发生切向运动的情况下进行上下运动，并且给管件施加相等的载荷。在一个方面，水平梁位于容纳卡瓦块的卡瓦主体的外部上方。

本发明在某些方面公开了一种管件下送系统，该管件下送系统具有邻近下送工具的装有测量仪表的短节（instrumented sub）。装有测量仪表的短节具有与下送工具相接的测量仪表，该测量仪表提供下送工具的转速（rpm）测量值和下送工具作用在接头上的扭矩测量值。

本发明在某些方面公开了一种用于下送套管和加固套管的套管下送系统。

本发明在某些方面公开了一种具有专用控制环路和（在一个方面）用于实现各种功能（例如，连接件倾斜运动，吊卡夹紧，工具旋转，安全中断）的专用控制面板的管件下送系统。

本发明在某些方面公开了一种管件下送系统，该管件下送系统具有用于执行各种功能的液压控制回路，具有液压控制系统；或者功能自动并电气执行的计算机系统。

本发明在某些方面公开了一种具有整体式转节组件（integratedswivel assembly）的管件下送系统，所述转节组件能够在系统夹持管件或使其旋转时使连接件倾斜设备（link tilt apparatus）保持静止。在某些方面，系统转节组件提供了用于油气田服务环路的终端位置，在某些方面，消除了与顶部驱动形成这种连接的必要。

本发明在某些方面公开了一种管件下送系统，该管件下送系统包括管件下送工具（例如但不限于套管下送工具和输送管下送工具）；驱动系统（例如，旋转驱动系统，动力水龙头系统或顶部驱动系统）；和连接在下送工具和顶部驱动系统之间的接头装卸系统。在某些特殊方面，接头装卸系统是位于下送工具和顶部驱动系统之间的单根系统（single joint system）。在其它方面，可以装卸多根（例如，两根或三根管件）。

在某些特别方面，单根装卸系统具有两个隔开的可延伸臂，在其端部之间可枢转地连接到用于可松开地接合管件的吊卡上。在一个方面，可延伸臂通过机械设备朝向和远离下送工具移动，所述机械设备例如但不限于旋转致动装置。在其它方面，一端连接到可延伸臂上，另一端连接到下送工具或安装主体上的一个、两个或多个缸筒设备使可延伸臂朝向和远离下送工具移动。

一些现有技术的下送工具系统使用较长的下部对扣引鞋以辅助管件的探测和定位。某些引鞋使用较宽、较长的裙部以相对于下送工具引导管件。对于本发明的某些实施例，单根装卸系统将管件联接器拉动到下送工具或拉动到下送工具中，从而可以使用较短、较小的对扣节或喇叭口，以减少整个系统的长度。可以使用与下送工具相关的衬偿器以便于将凸/阳管端引入（“软对扣”）凹/阴管端中。

在一个方面，在单根装卸系统吊卡连接到管件上之后，移动设备上升，直到管架处于下送工具下方的竖直位置为止。可延伸臂随后延伸以使管架下降和“软对扣”到管柱（例如，在钻台转盘上夹持于卡瓦中的管柱）的管件联接器中。

因此，本发明包括能够提高管件下送工具技术的特征和优点。在阅读下列优选实施例和参考附图的情况下，本发明如上所述的特征和优点以及附加的特征和优点对于本领域技术人员来说显而易见。

本发明的一些实施例不局限于这里公开的任何特定的单个特征，而是包括它们在其结构、功能和/或实现效果方面不同于现有技术的组合。上文已经对本发明的特征进行了广义地描述，从而可以更透彻地理解下列详细说明，以便更好地认识到本发明对现有技术的贡献。当然，本发明如下所述的其它方面包括在本发明权利要求的主题内。受益于本发明、其教导和建议的本领域技术人员应当认识到，本发明所披露的概念可以作为设计其它用于执行和实施本发明的结构、方法和系统的创新基础。在不脱离本发明精神和范围的情况下，本发明的权利要求包括任何法律上等效的装置或方法。

下文描述了本发明的一些但不是全部目标。除了本发明的至少一些实施例的特定目标之外，本发明的其它目标和目的对受益于本发明的教导和公开的本领域技术人员来说显而易见。

因此，本发明的至少一些优选实施例的目标在于提供新颖、有用、独特、有效、非显而易见的系统和方法，包括但不限于套管下送系统、单根装卸系统、管件下送系统及它们的使用方法。

本发明认识到并解决了本领域的问题和需要，在本发明的各种可能实施例及其等效方式方面提供了对这些问题的解决方案并令人满意地满足了这些需要。对受益于本发明的实现、教导、公开和建议的本领域技术人员来说，在结合附图阅读下列优选实施例的情况下，本发明的其他目标和优点将变得显而易见。这些细节描述不用于限制本专利所要保护的目标，不管其他人随后通过形式变化、改变或进一步改进来试图对此进行怎样掩饰。

作为本申请一部分的摘要使美国专利商标局和普通公众，以及科学家、工程师、研究人员和不熟悉专利术语或法律用语的本领域从业者通过粗略阅读或查阅能够快速确定本发明的性质和总范围。摘要既不用于限定本发明（这由权利要求完成），也不用于以任何方式限制本发明的范围。

应当理解，本发明的各个实施例可以包括一个、一些或者全部在本发明权利要求中公开、描述和/或列举的改进和/或技术效果和/或要素。

在此对本发明的某些方面、某些实施例和某些优选特征进行阐述。可以使用任何方面或实施例中显示的方面或特征的任意组合，除非这种方面或特征相互排斥。

附图说明

可以参考构成本说明书一部分的附图中显示的实施例，对上文简要总结的本发明实施例进行更具体地描述。这些附图显示了一些优选实施例并且不用于限制本发明的范围，本发明可以具有其它等效实施例或法律上等效的实施例。

图1A是具有根据本发明的单根装卸系统的根据本发明的管件下送系统的前视图。

图1B是图1A所示系统的侧视图。

图1C是图1A所示系统的侧视图。

图1D是图1A所示系统的透视图。

图1E是图1A所示单根装卸系统的一部分的局部透视图。

图1F是根据本发明的系统的侧视图。

图1G是现有技术的吊卡的透视图。

图1H是图1G所示吊卡的顶部剖视图。

图1I是图1G所示吊卡的顶部剖视图。

图1J是图1G所示吊卡的顶部剖视图。

图1K是图1G所示吊卡的顶视图。

图1L是图1G所示吊卡的一部分的横截面视图。

图1M是图1G所示吊卡的一部分的横截面视图。

图1N是图1G所示吊卡的一部分的横截面视图。

图2A是使用根据本发明的系统的根据本发明的方法的一部分的示意图。

图2B是使用根据本发明的系统的根据本发明的方法的一部分的示意图。

图2C是使用根据本发明的系统的根据本发明的方法的一部分的示意图。

图2D是使用根据本发明的系统的根据本发明的方法的一部分的示意图。

图2E是使用根据本发明的系统的根据本发明的方法的一部分的示意图。

图3是根据本发明的系统的侧视图。

图4是根据本发明的系统的侧视图。

图5是根据本发明的系统的透视图。

图5A是图5所示系统的透视图。

图5B是图5所示系统的一部分的透视图。

图5C是图5所示系统的局部剖开的侧视图。

图6是根据本发明的系统的透视图。

图7A是图5所示系统的卡瓦安放系统的横截面视图。

图7B是图7B所示系统的横截面视图，显示了根据本发明的方法中的步骤。

图7C是图7B所示系统的横截面视图，显示了根据本发明的方法中的步骤。

图7D是图7B所示系统的横截面视图，显示了根据本发明的方法中的步骤。

图8A是图7B所示系统的连接件的顶视图。

图8B是与根据本发明的系统一起使用的连接件的顶视图。

图9A是与根据本发明的系统一起使用的扭矩传感器的透视图。

图9B是图9A所示扭矩传感器的侧视图。

图9C是沿图9B中的直线9C-9C剖开的横截面视图。

图9D是图9A所示扭矩传感器的分解图。

图10A是与图9A所示扭矩传感器一起使用的应变元件的顶视图。

图10B是沿图10A中的直线10B-10B剖开的横截面视图。

图10C是图10B所示应变元件的横截面视图。

图10D是与图10A所示应变元件一起使用的电路图。

图11是根据本发明的系统的侧视图。

图12是根据本发明的系统的扭矩反作用框架的透视图。

图13是图12所示扭矩反作用框架的顶视图。

图14A是根据本发明的系统的前视图。

图14B是图14A所示系统的侧视图。

图14C是图14A所示系统的顶视图。

图14D是图14A所示系统的局部透视图。

图14E是图14A所示系统的局部透视图。

图14F是图14A所示系统的局部透视图。

图14G是图14A所示系统的局部透视图。

图14H是图14A所示系统的局部横截面视图。

图14I是图14A所示系统的局部横截面视图。

图14J是图14I所示系统的一部分的放大图。

图14K是图14H所示系统的顶视图。

图14L是图14H所示系统的顶视图。

图14M是图14H所示系统的局部横截面视图。

图14N是图14A所示系统的局部横截面视图。

图14O是图14N所示系统的一部分的放大图。

图14P是图14N所示系统的一部分的放大图。

图14Q是图14N所示系统的一部分的放大图。

图14R是图14N所示系统的一部分的放大图。

图14S是图14A所示系统的局部横截面侧视图。

图14T是图14S所示部分的局部横截面视图。

图15A是图14A所示系统的一部分的透视图。

图15B是图14A所示系统的一部分的透视图。

图15C是图14A所示系统的一部分的透视图。

图15D是图15A所示系统的一部分的放大图。

图15E是图15A所示系统的横截面视图。

图15F是图15A所示系统的一部分的放大图。

图15G是图15A所示系统的一部分的局部分解透视图。

图16A是图14A所示系统的卡瓦主体的顶部透视图。

图16B是图16A所示卡瓦主体的底部透视图。

图16C是图16A所示卡瓦主体的闭锁装置的放大图。

图16D是具有卡瓦374的主体340的顶部示意图。

图17A是图14A所示系统的转节组件的分解透视图。

图17B是图17A所示转节组件的一部分的视图。

图17C是图17B所示部分的顶视图。

图17D是图17B所示部分的侧视图。

图18A是图14A所示系统的一部分的横截面视图。

图18B是图14A所示系统的一部分的横截面视图，显示了根据本发明的方法中的步骤。

图18C是图14A所示系统的一部分的横截面视图，显示了根据本发明的方法中在图18B所示步骤之后的步骤。

图18D是图14A所示系统的一部分的横截面视图，显示了根据本发明的方法中在图18C所示步骤之后的步骤。

图19是根据本发明的系统的示意图。

图20A是图19所示系统的控制面板的透视图。

图20B是图20A所示控制面板的侧视图。

图20C是图20A所示控制面板的前视图。

图20D是图20A所示控制面板的后视图。

图21A是用于根据本发明的系统的线缆束的顶视图。

图21B是图21A所示线缆束的横截面视图。

图21C是根据本发明的服务环路支架的侧视图。

图22是根据本发明的控制面板的示意图。

图22A是用于根据本发明的系统的液压回路的示意图。

图22B是图22A所示回路的一部分的放大图。

图22C是图22A所示回路的一部分的放大图。

图22D是根据本发明的控制面板的示意图。

图23A是根据本发明的阀组件的横截面透视图。

图23B是图23A所示组件的一部分的局部视图。

图23C是图23A所示组件的一部分的横截面视图。

图23D是具有图23A所示阀组件的根据本发明的控制面板的一部分的透视图。

图23E是图23D所示组件的一部分的横截面侧视图。

图23F是图23A所示组件的示意图。

图24是与根据本发明的系统中的吊卡相关的液压回路的示意图。

图25是用于根据本发明的系统的液压回路的示意图。

图25A是图25所示回路的一部分的放大图。

图25B是图25所示回路的一部分的放大图。

图25C是图25所示回路的一部分的放大图。

图26是用于根据本发明的系统的液压回路的示意图。

图26A是图26所示回路的一部分的放大图。

图26B是图26所示回路的一部分的放大图。

图27A是根据本发明的系统的示意图。

图27B是图27A所示系统的一部分的侧视图。

图27C是图27B所示系统的岐管的透视图。

图27D是图27A所示系统的触摸屏系统的侧视图。

图27E是图27D所示系统的触摸屏设备的透视图。

图27F示意性地显示了图27E所示设备的一部分。

本发明目前优选的实施例在附图中进行了显示并且在下文进行了详细描述。本发明实施例的各个方面和特征在下文进行了详细描述并且其中一部分在从属权利要求中进行了阐述。可以使用下文详细描述并且在从属权利要求中显示的方面和/或特征的任意组合，除非这些方面和/或特征互相排斥。应当理解，所附附图和说明是优选实施例并且不用于限制本发明或所附权利要求。相反，本发明涵盖落入由所附权利要求限定的本发明精神和范围之内的所有变形、等效方案和可选方案。在显示和描述优选实施例时，使用相似或相同的参考数字表示相同或相似的元件。附图不必按比例绘制，为了清楚简明，附图中的某些特征和某些视图可以放大显示或示意显示。

当在这里和本专利的所有不同部分（和标题）使用时，术语“发明”、“本发明”及其变形表示一个或多个实施例，不表示任何特定的权利要求或所有权利要求中要求保护的发明。因此，这类参考的主题或专题不自动或必要地构成任何特定权利要求的一部分，它们仅仅作为参考。只要它们不互相排斥或对立，这里所公开的任何实施例的任何方面或特征或者方面或特征的组合可以在这里公开的任何其它实施例中使用。

具体实施方式

下面对提交本专利时优选的本发明实施例进行描述。

图1A-1D显示了根据本发明的系统10，其包括管件下送工具系统20；驱动系统30（如图1A、1D中示意性所示，例如但不限于顶部驱动系统）；和根据本发明的单根装卸系统50。管件下送系统20可以是任何适当的已知管件下送工具设备，并且在一个特定方面是套管下送工具系统，例如但不限于从本发明拥有人的National Oilwell Varco购得的已知套管下送工具Model CRT 14。在一个特定方面，系统20是根据本发明的系统（这里公开的任何系统）。

驱动系统30（适用于本发明公开的任何系统）可以是任何适当的已知顶部驱动系统或动力水龙头系统，它们可以使可连接到钻架D上的管件旋转。可选地，驱动系统可以与上部IBOP（钻杆内防喷器）U和下部IBOP L一起使用。在一个方面，驱动系统是National OilwellVarco TDS 11 500吨系统。

单根装卸系统50具有带两个隔开的横梁51、52的底座53，所述横梁由横向构件54连接。每个横梁51、52枢转连接到从安装主体（或“转节组件”）55伸出的相应轴53、54（其可以是穿过安装主体的单个轴）上。臂61、62分别可延伸地安装到横梁51、52上。横梁或臂内（以及连接到其上）的缸筒/活塞设备56（示意性显示）使臂61、62相对于横梁51、52移动。软管57、58给缸筒/活塞设备56提供动力流体（例如，从钻台上的典型动力流体源）。单根（single joint）吊卡60枢转连接到臂61、62的端部71、72上。可以使用任何适当的已知吊卡。在一个特定方面，吊卡是从National Oilwell Varco购得的ModelSJH。根据本发明，这种吊卡改进成利用闭合反馈系统进行远程操作。在一个方面，倾斜系统70使吊卡60进行有选择的受控倾斜。倾斜系统70具有连接在臂61和吊卡60的主体65之间的活塞-缸筒设备73。管路66将系统70连接至控制系统CS（图1E中示意性显示），例如钻台控制系统、TRS（商标）系统、顶部驱动控制系统（例如但不限于已知的National Oilwell Varco钻机的控制站或者独立钻机的控制系统或控制站，它们临时或永久地安装在现有钻台控制系统上，或与其一起安装或安装到其中）。

在一个实施例中，枢转缸筒设备81、82连接在安装主体55和横梁51、52之间。软管57、58给缸筒设备56和81、82提供动力流体（例如从图1D示意性显示的钻台动力源PS）。每个缸筒设备81、82的一端连接到分别从安装主体55伸出的轴91、92上，活塞83、84的端部分别连接到横梁51、52之一上。活塞83、84的伸缩导致臂61、62相对于下送系统20移动。有选择地，枢转缸筒设备81、82连接到系统20上或者连接到位于系统20上方的结构上。有选择地，只使用一个枢转缸筒设备。

从安装主体55伸出的销95伸入管子装卸装置34的固定装置32（例如管子装卸装置34的扭矩管）中以抵抗由管件下送系统20产生在固定装置32（和与其相连的结构）中的扭矩以及防止系统50与系统20一起旋转。有选择地，如图2E所示，销96（或多个销）从安装主体55伸入驱动系统30的对扣喇叭口39中，从而防止系统50与系统20一起旋转。

在某些方面，根据本发明的系统50落入位于其上方的顶部驱动系统的宽度范围内。

图1F显示了与系统10类似的系统10a的另一实施例，类似的数字表示类似的部件。系统10a没有枢转缸筒设备81、82。横梁51、52（图1F中显示了一个；如图1A所示）；连接臂（未显示；如图1A所示）；和吊卡（未显示；如图1A所示）通过机械设备74朝向和远离下送工具系统移动，所述机械设备使轴53a旋转，所述轴53a是延伸穿过安装主体55的单轴，两个横梁都连接到所述安装主体55上。在一个特定方面，机械设备74是具有与轴53a相互连接的部分74a、74b的旋转致动设备（或者两个旋转致动设备，如果每个横梁安装到单独的轴，例如轴53、54上）。

图2A-2E显示了根据本发明的一种方法，该方法利用根据本发明的系统10使位于井眼W上方的钻台R（例如，典型的钻台系统）上的套管移动。如图2A所示，驱动系统30已经下降并且臂61、62已经朝向套管C的套管段或接头延伸，所述套管C位于具有钻台板FR的钻台R的V形门区域V中。吊卡60锁定在位于套管C的联接器CG下方的套管C的套管段或接头上。在对已有钻孔加套管期间或跟管钻进时使用该步骤而给套管柱增加套管。传感器SR（示意性显示）给控制系统CS传送臂61、62的延伸程度；横梁51、52相对于系统20的角度；和吊卡60的锁定状态。

如图2B所示，通过在钻架上抬起系统10使套管C的接头向上提升。有选择地，在上述运动期间，使用尾索和/或尾臂支撑套管C。在一个方面，不使用这种绳索或臂，系统50支撑套管C。

如图2C所示，该根套管C已经移动到井眼W上方并与套管柱ST成一直线。在下送工具系统20中通过单根装卸系统50缩回臂61、62而将联接器CG拉起。

图2D显示了套管C的接头下降到套管柱ST的顶部接头以与其螺纹配合并连接。系统10随后下降到使联接器CG位于下送工具系统20内，使得系统20内的夹持卡瓦29可以安放在该根套管C的主体上而非联接器上（参见图2E，虚线表示联接器CG和卡瓦29）。如下所述的其他系统在某些方法中具有类似的操作步骤。

因此，本发明在一些但不必是全部实施例中提供了一种管件下送系统，包括用于使井眼管件移动的下送工具系统；连接到所述下送工具系统上的管件装卸系统；管件装卸系统具有两个臂，所述两个臂包括两个隔开的可在长度上延伸并朝向和远离下送工具系统移动的可延伸臂。这种方法在任何一种可能的组合方式中可以具有下列一个或一些：连接到所述臂上的吊卡，所述吊卡用于可松开地接合相对于下送工具系统移动的管件；管件装卸系统是单根装卸系统；由管件装卸系统装卸的管件连接到至少一个附加管件上；要装卸的管件连接到两个附加的管件上；管件下送系统包括连接到两个臂上以有选择地接合管件的接合设备；其中，所述两个臂可充分伸长和移动以将管件向上移动到下送工具；其中，井眼管件是套管；定位在下送工具系统上方的主体，两个臂枢转连接到所述主体上；连接到两个臂上用于使两个臂相对于下送工具运动的枢转设备；其中，两个臂连接到所述主体上的可移动轴设备上，管件下送系统还包括枢转设备，所述枢转设备包括用于使可移动轴设备旋转以使两个臂朝向和远离下送工具系统移动的旋转设备；枢转设备具有第一端部和第二端部，第一端部可枢转地连接到所述主体上并且与两个臂隔开，第二端部枢转连接到所述两个臂上；连接到下送工具系统上并位于其上方的驱动系统；和/或其中，驱动系统是用于井眼操作的顶部驱动系统。

因此，本发明在一些但不必是全部实施例中提供了一种用于下送管件的方法，所述方法包括利用管件下送系统的接头接合设备与管件接合，所述管件下送系统是本发明公开的任意下送工具系统；和利用接头装卸系统将管件移动到下送工具系统。这种方法在任何一种可能的组合方式中可以具有下列一个或一些：其中，管件下送系统的臂可充分伸长和移动到将接头移动到下送工具系统中，和将接头移动到下送工具系统中；其中，接头接合设备是吊卡；其中，管件下送系统包括定位在下送工具系统上方的主体，两个臂枢转连接到所述主体上，以及使所述臂相对于下送工具系统枢转；其中，管件下送系统还包括连接到下送工具系统上并位于其上方的驱动系统；和/或其中，驱动系统是用于井眼操作的顶部驱动系统。

图3显示了根据本发明的系统10b（与图1A中的系统10类似，类似的数字表示类似的部件）。系统10b具有控制系统22，其与管件下送系统20和钻台控制系统RCS联通。钻台控制系统RCS可以是各种已知的钻台控制系统，包括但不限于从National Oilwell Varco购得的AMPHION（商标）系统。

控制系统22包括与用于接头装卸系统50和下送工具系统20的液压管路、阀和电路联通的控制设备。控制系统22可以由钻探工通过控制台进行控制。系统20和50的所有功能可以利用控制系统22完成。同样，所有这些功能可以自动完成，例如与AMPHION（商标）系统协同完成或通过控制系统22完成。

图4显示了根据本发明的系统10c（与图1A中的系统10类似，类似的数字表示类似的部件）。系统10c具有位于下送工具系统26（例如，与图1A中的下送工具系统20或任何已知的下送工具系统类似）上方的装有测量仪表的短节24。装有测量仪表的短节24测量下送工具系统20的旋转并且提供以转/分表示该旋转的信号。装有测量仪表的短节24测量施加到管线接头上的扭矩。装有测量仪表的短节24与控制系统连通并且提供表示转速和施加扭矩的信号。

图5-5C显示了根据本发明的工具系统T，其执行套管下送工具（例如，用于套管CA的管段）和（在一个方面）固井系统的功能。如图5A所示，系统T具有自动液压操作的单根装卸系统1；可调节的连接件倾斜框架2；灌注和循环工具3；用于框架2的缸筒组件4；和为便于检修卡瓦系统7中的卡瓦的转锁结构5。在一个方面，单根装卸系统利用液动或气动系统远程操作，“安放”信号由装卸系统提供给操作人员。在某些方面，这种系统T取消了扶正对扣台（stabbing-board）操作，从而减少了管件的手动装卸；在某些特定方面，不存在动力套管吊钳操作，取消了工作平台。在某些方面，系统T包括整体式补偿器，其降低了由于交错螺纹管件造成的损坏风险。这种系统T确保了套管可以安放在套管下入深度，能够将套管推到底，灌注、循环、旋转和往复运动。

这种系统T（因为它在一个组件中具有单根吊卡系统、刚性连接件提升和对扣组件、灌注和循环工具和补偿器）需要装配的设备很少。单载荷路径设计取消了连接件。操作人员可以确定和控制下送/脱扣速度，旋转和上扣扭矩。当下送复合管柱时，利用旋锁设计和插入式托架/卡瓦设计（例如，将托架从4.5英寸插到九又八分之五英寸）可以在短时间（例如，几分钟）内改变尺寸。

在某些方面，管传感器与系统T一起使用以检测套管联接器，使得卡瓦自动安放在正确的位置，确保套管连接完好性。

灌注和循环工具能够在下送复合管柱时快速更换密封和导向元件；避免或防止昂贵流体泄漏；以及降低环境问题的风险。在一个方面，拨盘（catch plate）直接操作灌注和循环工具。可选的照相机系统CM（在图5C中示意性示出）提供了卡瓦安放功能和灌注工具位置的视觉确认。在某些方面，由系统T提供给操作人员的绞车停止信号提示操作人员系统T下降到其安放卡瓦的正确位置，钻探工可以/必须通过停止绞车来停止下降系统T/顶部驱动联合装置。

图5C显示了系统T，其具有可视的水平梁VB和卡瓦系统7。在某些特定方面，系统T具有这些规格和尺寸：

规格和尺寸

＊累积长度从TDS导向喇叭口计

图6显示根据本发明的系统100。系统100具有主轴（与本发明公开的任意系统的主轴类似）和转节组件155。主轴是管件下送系统的主要承载部分并且具有将管件重量从卡瓦和卡瓦主体传递给轴的承载肩部（与本发明公开的任意系统的承载肩部类似）。转节组件155是与连接件倾斜系统（与图1A中的连接件倾斜系统50类似，或者与本发明公开的任意系统的连接件倾斜系统类似）相互连接的整体式转节组件。当连接件倾斜系统夹持管子并且管子旋转时，整体式转节组件155使连接件倾斜系统保持静止。

整体式转节组件155还可以作为油气田服务环路的终端点。

根据本发明的灌注和循环工具可以整合到系统100中。

系统100具有带水平梁210（与本发明公开的任意系统的水平梁类似）的卡瓦安放系统200，多个可移动卡瓦块连接到所述水平梁上。横梁可以看见。在本发明的范围内可以使用任何希望数量的卡瓦块，例如，两个、三个、四个或更多个。每个卡瓦块利用连接件214（参见图8A）连接到水平梁210上，所述连接件的一端215利用穿过狭槽233的销216可枢转地销接到水平梁上，另一端217利用穿过孔217a的销218可枢转地销接到相应的卡瓦块上。

水平梁连接到提升设备220（与本发明公开的任意系统的提升设备类似）上。提升设备220使水平梁210上升和下降。

在根据本发明的卡瓦安放系统200的一个特定方面，存在三个独立的卡瓦块（例如，如本发明公开的任意系统中，具有三个卡瓦）。在相邻的卡瓦块之间没有连接。三个卡瓦块在上下移动时相对于管子径向移动，而没有任何切向移动。理想地，三个卡瓦块围绕管子形成圆圈并且给管子施加相等的载荷。因此，在管子由三个卡瓦块同时接合时，总体平衡的载荷施加给管子。可通过使顶推块（代替典型的卡瓦架）滑动而将卡瓦向下推动。

图7B-7D显示了利用具有卡瓦安放系统200的下送工具系统100进行根据本发明的卡瓦安放方法中的步骤。如图7B所示，卡瓦已经上升，卡瓦块211-213不再与管件接合。如图7C所示，水平主体210已经通过设备220下降并且卡瓦块211-213（显示了一个）已经向下和径向向内移动以夹紧管子P，但仍未穿透管子P。如图7D所示，卡瓦块211-213已经下降到它们行程允许的最远程度并且已经穿透管子P，与之接合。

卡瓦块211-213容纳在卡瓦主体222内，所述卡瓦主体具有与卡瓦块突起226a和226b共同起作用的凹部223、224和突起225以将卡瓦块211-213可松开地保持在主体孔236内的适当位置处。

每个连接件214具有带顶部把手232和顶部狭槽233的主体231。销218位于孔235中。销216可在狭槽233内移动。因此，当卡瓦块211-213正从卡瓦主体222的孔236中提起时，销216拉动连接件，使得卡瓦块收起并与管件脱离。当卡瓦块通过连接件214下降和向下推动到与管件接合时，连接件214到达其行程的某个位置，使销216在狭槽233中移动，连接件214不再向下推动销216，从而不再向下推动卡瓦块。在水平梁210的底部，下推块234朝向卡瓦的顶面235向下伸出。当水平梁210向下移动时，重力使单个的卡瓦块落入卡瓦主体222的孔236中。当卡瓦块接触管子OD时，它们停止向下运动，直到水平梁210上的下推块234与所有卡瓦块211-213接触并且将全部三个卡瓦块211-213均匀、同时以及完全轴向地向下推动。没有径向力作用在卡瓦块211-213上。单个的卡瓦块211-213因此能够自由地找到它们围绕管子的OD圈的理论上的最佳位置。图8B显示了用于卡瓦的连接件214a的可选形状。连接件214a具有销开口233a和235a。

在某些特定方面，在根据本发明的系统（例如，本发明公开的任何类型）中利用如图9A-9B显示的扭矩传感器组件1300测量扭矩。组件1300包括内环1302、滑动轴承1304、外环1306、应变元件1308、滑动轴承1312、轴承护圈1314、和用于应变元件1308的螺栓1309。内环1302具有贯穿通道1303和键槽1305。螺栓1313将护圈1317固定在安装于作用支架1311中的球形轴承1316上，所述作用支架利用螺栓1301附接到外环1306上。球形轴承1316接合应变元件1308（图10A-10C中用于应变元件的连接装置1315）。

在某些方面，利用根据本发明的系统，扭矩通过带花键的轴（未显示）从顶部驱动马达施加给内环1302的键槽1305。内环1302将扭矩传递给应变元件1308，其继而将扭矩通过球形轴承1316、作用支架1311传递给外环1306。外环1306将扭矩通过底部法兰1307传递给下送工具系统（例如，如图4或5所示）框架和主体。

图10A-10C显示了带有连接装置1315的应变元件1308。图10D显示了与组件1300一起使用的一种典型接线图1310。

图11显示具有根据本发明的套管下送工具830的根据本发明的系统800。系统800包括顶部驱动802、鹅颈管804、连接件适配器806、连接件倾斜装置808、管线接头卡子812和814、下部IBOP816、导向梁818和管子装卸装置822。套管下送工具830具有连接到工具830的顶端的转矩反作用框架840（参见图12、13），并且可移动地连接到导向梁818上并由其导向。

主轴832（与图6中的轴170类似）具有带扭矩框架850的花键连接，从而允许扭矩从顶部驱动802传递给卡瓦组件860（与如上所述的卡瓦安放系统200类似）中的卡瓦并由此传递给利用工具830下送的套管。过渡接头用于使轴连接装置适应顶部驱动连接装置（或下部IBOP）。

套管下送工具830具有接头装卸系统836（例如，与如上所述的系统50类似）。

任何适用的已知灌注和循环工具可以与根据本发明的系统一起使用；例如，这种工具包括用于控制流过系统的泥浆的内部球阀。

图14A-14R显示了与图6中的系统100类似的下送工具系统300。系统300具有主轴302，所述主轴302是系统300的主要承载部分并且显示为连接到顶部驱动系统上，所述顶部驱动系统包括轴TS、下部钻杆内防喷器TB、管子装卸装置TP、连接件倾斜设备TL和顶部驱动TD（示意性显示）。过渡接头TC有助于主轴302连接到下部钻杆内防喷器TB上。

主轴302具有承载肩部307，其将管件重量（例如，套管重量）从卡瓦系统（如下所述）和卡瓦主体340（如下所述）通过扭矩框架310传递给主轴302。主轴302将扭矩从顶部驱动系统TT的顶部驱动TD传递给系统300。具有盖304的扭矩辅助组件（torque backupassembly）305连接到转节组件308的固定部分306上，从而防止转节组件308的固定部分旋转。扭矩辅助组件305还连接到导向梁GB上，所述导向梁连接到钻台钻架（未显示）上。

扭矩框架310将扭矩从顶部驱动系统TT传递给由系统300的卡瓦系统（如下所述）接合的管件（例如，套管）。扭矩框架310还将提升载荷传递给主轴302，将扭矩传递给卡瓦（如下所述）。

连接件倾斜组件320具有支撑单根吊卡330的臂322。单根吊卡330从钻台的V形门区域提起单根管件（例如，单根套管）并且将管件提升到用于在钻井中心对扣的竖直位置。

连接件倾斜组件320的臂322的顶部可枢转地连接到转节组件308上并且通过动力缸筒设备312可移动地连接到臂322和转节组件308上。每个臂322包括连接件324，其将载荷从吊卡330传递给臂322，同时允许吊卡330相对于系统300的下部枢转。

连接到支架327（连接到扭矩框架310上）上的防护装置314保护各个缸筒、管路配置和气动阀。岐管316分配用于设备312的动力流体，容纳连接件倾斜组件320的阀，并且给连接件倾斜组件320的各种接头配件提供安装位置。

接收装置（或“导向喇叭口”）318有助于管件进入卡瓦主体340。底部导向装置377（参见图18A）位于接收装置318上方。

如图14D和14E所示，具有三个补偿器组件326a、326b、326c的补偿器设备326在其下端连接到支架327（通过花键结构连接到扭矩框架310上）和主轴302上。这些补偿器组件将扭矩框架310、卡瓦主体340和由卡瓦夹紧的管件的重量传递给主轴302，减少了系统300进行接头装配期间的管件螺纹损坏。

卡瓦缸筒组件350具有三个动力卡瓦缸筒设备350a、350b和350c，其使卡瓦374（如下所述）移动以夹紧和松开管件。每个动力卡瓦缸筒设备350a、350b、350c具有相应的岐管352a、352b、352c，其提供用于软管、阀、压力测试接头配件和用于特定动力卡瓦缸筒设备的接头配件的管路配置隔板。

每个动力卡瓦缸筒设备350a、350b、350c的一端连接到扭矩框架310上，相对的另一端连接到水平梁360上。如下所述的卡瓦374连接到连接件376上，所述连接件376连接到水平梁360上。在致动时，三个动力卡瓦和缸筒设备同时移动，从而使水平梁360和卡瓦374移动到接触并夹紧系统300内的管件或者将其松开。

扭矩框架310上的卡口座319用于将卡瓦主体340可松开地连接到扭矩框架310上。与卡瓦主体340上的凹部343相对应的扭矩框架310上的突起313确保卡瓦主体340正确定位。竖直载荷和扭矩通过卡口连接进行传递。

如图14D、14E、14H、14I、14M和14N所示，主轴302具有花键部302a，其将扭矩从主轴302传递到扭矩框架310的相应花键结构364。扭矩随后传递给卡瓦374。衬套组件367（主轴302的部分302b在其内部移动）保持主轴302与扭矩框架310同轴。

图14P是如图14N所示系统的一部分的放大图，显示了主轴302b和衬套组件367之间的接合。

图14Q是如图14N所示系统的一部分的放大图，显示了补偿器326a的活塞326p连接到保持框架369上。

图14R是如图14N所示系统的一部分的放大图，显示了主轴302的承载肩部307。

主轴302的底部螺纹302t将主轴302连接到心轴370c上，所述心轴370c提供用于灌注和循环工具370的连接装置。灌注和循环工具370具有泥浆阀372，其在管件进入系统时自动打开以在管件插入工具时给管件（例如，套管）灌注钻探泥浆，并且在取出管件时自动关闭以防止发生泥浆泄漏。

卡瓦控制系统包括水平梁360、拨盘组件380、致动阀378、动力卡瓦缸筒设备350a-350c和歧管352a-352c。突起382从水平梁360的部分384伸出。突起382同时移动，提供“下推”力以利用来自卡瓦缸筒设备的作用力使卡瓦374接合在管件上，并且允许在卡瓦374不在管件上滑移（或发生最小程度的滑移）的情况下施加扭矩。在图18C中，突起382显示为与卡瓦374的顶部接触。拨盘组件380具有管状结构，所述管状结构具有套在心轴370c上的同心内管380t。角撑板380b使内管380t相对于外管380r定位，并且支撑底板380a。工具370的致动板380p（例如，参见图18A）附接到底板380a上。

图15A-15F显示了连接件倾斜组件320、转节组件308及其零部件的各个细节。扭矩辅助组件305包括具有滑动构件402的滑动组件400，所述滑动构件均连接到滑动臂404上，所述滑动臂连接到稳定环406上，所述稳定环利用螺栓408固定到连接件倾斜组件320的适配环412上。滑动构件允许在钻架中适应不同的导向梁布置，并且允许适应各种顶部驱动扭矩反作用梁。组件305还将枢转臂固定在希望的朝向和方向。适配环412利用螺栓422固定在可转动轴承412a的一侧上，另一侧用螺栓固定到连接件倾斜框架414上。固定到位于稳定环406上的安装架418上的松紧螺旋扣设备（Turnbuckle apparatuses）416允许相对于导向梁GB调节滑动臂。

滑动构件402在导向梁GB上进行上下运动（图14B）。岐管316固定到连接件倾斜框架414上。载荷保持岐管424直接连接到缸筒设备312上并且在软管断裂时防止连接件倾斜组件320移动。载荷保持阀424a（示意性地显示）防止液压流体流出缸筒设备，除非阀424a接收到控制信号。支架426在同步移动的臂322之间延伸。连接件倾斜框架414支撑服务环路隔板430和用于服务环路的连接装置446；并且例如当系统处于水平位置或者位于平面上时保护系统的部件。

转节接头配件438允许缸筒设备312在不受岐管316和设备312之间的软管限制的情况下进行旋转运动。

包括主体414的连接件倾斜转节440允许多个压力回路（例如，八个）在连接件倾斜组件320和旋转扭矩框架310之间流体连通。

连接件倾斜转节440包括外部主体440j、杆部440a、密封440b、轴承440c、挡圈440d、盖板440e和防尘罩440f。杆部440a利用肩部440g定位在主轴302上并且固定就位，例如，利用摩擦锁紧卡子440h（图17C）。肩部440g和卡子440h将竖直载荷从连接件倾斜组件320传递给主轴302。在压力经过转节之前，通过阀440i（图15A）降低了进气道歧管316b中的液压。这会降低密封上的压力，从而延长其寿命。随后利用液压增压器491（图14H）将压力增大到所需工作压力以提供用于希望操作的足够动力。

提升环442连接到连接件倾斜框架414上。连接到进气道歧管316b上的压力过滤器452接收来自服务环路的承压流体并将其输送到进气道歧管316b。过滤器452可以防止系统的加压液压回路受到颗粒污染。过滤器调节器454控制从服务环路供给到气动补偿器326a-326c的空气压力。进气道歧管316b给系统中的液压元件提供液压油分配和各种控制功能。

图15E显示了动力缸筒设备312连接到连接件倾斜框架414上。销462将设备312的端部固定到框架414上。

图16A是卡瓦主体340的顶视图，图16B是底视图。主体340上的卡口座464和扭矩框架310上的卡口座一起作用以将主体340固定到扭矩框架310上。闭锁装置472与扭矩框架310的突起313可移动地接合，从而在维修期间可松开地固定卡口座。

润滑脂嘴479提供用于给卡瓦374注润滑脂的润滑口。接收装置318（或“导向喇叭口”）利用螺栓476固定到主体340上。螺栓477将底部导向装置377固定到主体340上。凹部478是用于减轻重量的可选铸造空隙。

图16C显示了用于将闭锁装置472固定在适当位置的锁销474。销482将销474固定在适当位置。润滑脂嘴481用于润滑闭锁装置472。销473将闭锁装置472锁定在接合位置。

如下所述的卡瓦374定位在主体340内的内部卡瓦座（bowl）通道485中。

图18A显示了图14A所示系统的一部分。扭矩框架310容纳具有阀378的检测阀设备，所述阀在拨盘组件380邻近检测阀设备378时通过与拨盘组件380接触而操作。拨盘组件380围绕心轴370c。阀378将液压动力流体导向连接到扭矩框架310上的设备350a-350c（例如，参见图7A、7B中的设备220的连接装置）。

三个卡瓦374围绕卡瓦座485间隔布置（如图16D示意性显示的那样）。每个卡瓦374枢转连接到连接件376（其与这里公开的任何连接件类似，包括但不限于图7A、8A和8B中的连接件）的下端。每个连接件376的上端枢转连接到水平梁360上。出于说明目的，图18A中显示了没有连接件376的一个卡瓦374（图18A中右侧的卡瓦）。

工具370包括泥浆阀372。

图18B-18D显示了根据本发明的方法中的步骤。

当管件进入位于系统300底部的接收装置或导向喇叭口318并且在卡瓦主体340和扭矩框架310内部继续向上移动时，自动执行卡瓦374的安放。当管件接触拨盘组件380时，开始向上推动拨盘组件。拨盘组件380由心轴370c导向，所述心轴不仅引导拨盘组件380，而且起到适配器的作用以允许附接各种形式的灌注和循环工具。当使用工具370时，拨盘组件380通过螺栓固定到工具致动板（图18A）上，并且在拨盘组件380向上移动时打开工具370（打开泥浆阀372）。当管件从系统300取出时，拨盘组件380随管件下降，从而封闭工具370并防止或大大减少了泥浆外溢。当拨盘进一步向上移动时，它与检测阀设备（在一个方面，检测阀设备具有凸轮操作阀378，当拨盘通过套管或其它管件向上推入工具中足够远的距离时，所述凸轮操作阀能够由拨盘380p致动）接触，所述检测阀设备随后将液压流体从岐管352a-352c导向卡瓦缸筒设备350a-350c，其将水平梁360和卡瓦374向下推动到与管件接触。当卡瓦374已经接触管件时，水平梁360上的突起382随后与卡瓦374的顶部接触，卡瓦缸筒设备中的作用力施加给卡瓦374以增大夹持力并允许通过卡瓦374施加扭矩。杆378c（图14T）利用U形钩附接到水平梁360上，所述杆固定在竖直位置并且由安装在支架378d中的辊子378e引导。位于支架378d上的孔中的滚珠378b卡在杆378c和凸轮阀378上的弹簧加载致动器378a之间。当卡瓦接近其最终位置时，水平梁360已经将杆378c拉下，并且阀致动器378a中的弹簧力将滚珠378b推入杆中的凹窝378f中。这允许致动器378a移动阀378以将承压流体导向增压器491，该增压器增大卡瓦缸筒设备350中的压力以进一步增大作用在管件上的夹紧力。当卡瓦缸筒设备中的压力达到预定值时，它使活塞移动以致动顺序阀，其将中等压力（大约800psi）流体导向卡瓦安放反馈管线，所述卡瓦安放反馈管线连接至控制面板730上的卡瓦安放指示装置730f。因此，卡瓦安放指示装置通知操作人员已经满足卡瓦成功安放的两个标准：1）卡瓦处于其最终安放位置，2）卡瓦缸筒设备中的压力处于使夹紧力达到最大所需的水平。

如图18A所示，系统300预位关闭（armed to close）（当操作人员将操作面板（参见图19）上的控制阀手柄移动到“卡瓦安放”位置时发生“预位关闭”；此时，卡瓦还没有安放；作为替代，阀378“预位”，使得当它与拨盘组件380接触时，它将液压流体导向卡瓦缸筒以安放卡瓦）并且补偿器326a-326c处于中间行程（轴302的花键部分位于扭矩框架310的花键部分364上）。拨盘组件380位于检测阀设备下方，泥浆阀372关闭以阻止流体从轴302的中心通道流向工具370的底部。卡瓦374靠在卡瓦座485的侧面。

图18B显示了管件，例如一段套管C，穿过接收装置或导向喇叭口318以及底部导向装置377（由于套管周围的系统下降）进入系统。底部导向装置377为可选的并且在某些方面是具有贯穿的内部通道的圆形管段，所述内部通道具有与被下送管件紧密配合的内径。图18C显示了检测拨盘组件380的检测阀设备的阀378，所述拨盘组件已经移动到阀378附近。检测阀378竖直定位在扭矩框架310中，使得当拨盘组件380使阀致动时，它使卡瓦374安放在管件上的正确竖直位置处。这避免了对管件以及管件联接器的损坏，例如，由于将卡瓦安放在管件上的错误位置处引起的损坏。

卡瓦缸筒设备350a-350c致动，并且使水平梁360向下移动，使得突起382接触卡瓦374的顶部，所述卡瓦绕连接件376枢转到位于突起382下方的位置。进一步向下运动使卡瓦374移动到与套管C的外部接触。补偿器326a-326c仍然处于中间行程（轴302未相对于花键部分364上的扭矩框架302移动），泥浆阀372打开，目前由检测阀设备检测的拨盘组件380处于“高”位置。

如图18D所示，卡瓦374安放在套管C上，补偿器326a-326c在轴302相对于扭矩框架310移动时移动到其行程末端，随轴302、工具370和泥浆阀372一起运动。现在可以利用顶部驱动对套管C进行操作（例如，对扣，旋转和加扭矩）以使下送工具系统和目前附接上的套管旋转。利用根据本发明的系统进行根据本发明的操作不限于这些功能，并且可以包括涉及提升和/或下降套管柱（或其它管件或管柱）和/或旋转套管柱的任何操作；例如，使套管柱竖向往复运动和/或跟管钻进。

卡瓦374具有主体374a，所述主体具有四个隔开的导条374b、374c、374d、374e。卡瓦座485具有顶部突脊485a，其首先接收并固定在导条374c、374d之间，导条374d、374e首先支撑在卡瓦座485的锥形凹部485b中。如图18C所示，当卡瓦384朝向套管C移动时，导条374b、374c移动到邻近突脊485a的锥形内表面485c，导条374d、374e移动到邻近卡瓦座485的凹部485b的锥形内部。锥形表面有助于卡瓦374移动到接触套管C，当卡瓦374抵靠套管C时，卡瓦374抵靠这些表面可以将它们保持在适当位置。

在根据本发明的某些方法中，例如图1E、3和19所示控制系统的控制系统利用操作人员输入控制各种功能。操作人员输入可以是电气或手动（液压/气动）的。在根据本发明的一种方案，电气方案中，控制面板与部件、开关、触摸屏等一起使用以提供操作员接口并且通过电缆连接到根据本发明的工具上。根据本发明的机械方案利用包含液压/气动致动器、阀和指示装置的控制面板并且通过多通道服务环路连接到管件下送工具上。可以利用辅助指示面板（本地或远程定位）以给钻探工（例如，参见与钻探工相关的图19）或其他相关人士提供指示和反馈信息。辅助指示面板可以通过电气、液压或气动方式操作。图19显示了系统700的总视图。

服务环路710（参见图19和21A-21C）具有一组布置在基本圆形横截面中并由保护套包裹的不同直径的液压和气动软管712。例如，十根软管成组构成服务环路。服务环路710可以具有不同长度以适应各种钻台应用和钻架中的竖直位移要求。服务环路710中的每根软管712在管件下送工具720和控制面板730之间输送用于特定功能或反馈信号的流体。在一个特定方面，单根软管712的端部终止于快卸接头714，其允许以唯一一种正确方式将一端连接到管件下送工具720，另一端连接到控制面板730上，从而防止软管712的错误连接。

服务环路710利用一个、两个或以上的环路吊架711将服务环路710定位在钻架中，并且将服务环路710的端部支撑在管件下送工具720上。这些吊架711附接到位于钻架中和/或顶部驱动上的适当支架上，从而允许在钻架中进行正确的竖直移动，以及防止与钻架中的其它钻台设备发生缠绕。在一个特定方面，吊架711制造成具有足够半径的弯曲或“U”形形状，以允许服务环路710的180度弯角，以及不会因为软管712上的过小弯曲半径而损坏服务环路710。

控制面板730提供致动器和指示装置以允许操作人员正确地控制管件下送工具720。面板730设计成利用清楚、易读的标记在钻台环境下容易使用，并且即使在戴手套的情况下也能容易地进行控制。面板730提供下列操作功能、指示装置以及用于实现某些功能的可动手柄（“CRT”表示管件下送工具或套管下送工具）：

·用于CRT卡瓦打开和卡瓦预位关闭的手柄730a

·用于单根吊卡打开和吊卡预位关闭的手柄730b

·用于卡盘701打开和卡盘关闭的手柄730c

·用于连接件倾斜装置提升和下降的手柄730d，具有位置保持特征。手柄730d还起动连接件倾斜装置703浮动功能（其中，连接件倾斜缸筒312上的锁紧阀424a打开），其允许连接件倾斜装置根据由管件施加的外载荷跟随管件竖直向上和向下移动

·选择所用卡盘701类型的选择阀730e（有或没有卡瓦关闭的反馈信号）

·用于CRT卡瓦闭合的指示装置730f

·用于卡盘卡瓦闭合的指示装置730g

·用于单根吊卡闭合的指示装置730h

·用于“停止下降”的指示装置730i，以便在管件完全进入到CRT中的正确位置时，告诉钻探工D使CRT在管件上停止下降

·指示气动供给压力的压力表730j

·指示液压供给压力的压力表730k

·液压供给停止和隔离阀730l

·用于从面板730给CRT提供压力的液压隔离阀730m（选择性地，位于铰接防护盖PC下）

·给操作人员指示“信号”和“无信号”的起跳式按钮

使用来自下送工具720、卡盘701和单根吊卡702的反馈信号操作指示装置。在某些方面，指示装置具有简单的弹簧偏压缸筒，其在施加压力时伸展或缩回并且在压力去除时通过弹簧力返回原始位置，或者为能够旋转并根据压力施加显示不同颜色的“气泡”指示装置，或者为在施加或释放压力时通过压力开关或其它传感装置打开或关闭的电灯。

面板730安装在机架739上，以将面板730定位在用于操作人员O的便利工作高度处。机架739还容纳和保护部件，并且提供用于服务环路710的安装和连接点以及液压和气动供给管线接头。面板730可以按照多种方式安装以与钻台接合；即，附接到壁上，由关节臂支撑，独立地支撑在钻台上，等等。

在一个方面，下送工具720、卡盘701和单根吊卡702控制手柄具有弹簧加载锁定机构以将手柄锁定在它们的每一工作位置。闭锁装置通过将锁销从相应狭槽中拉出而解锁，从而使手柄移动。这可以防止由于撞击面板、外物掉在面板上等情况造成的误操作。

下送工具720、卡盘701和单根吊卡702控制手柄还包含“闸门（gate）”特征以使手柄相互联锁，并且防止工具误操作以及管件或管柱脱落的可能。手柄直接连接到控制阀的阀芯的一端，使得推拉手柄给阀芯提供轴向移动。阀芯运动打开和关闭将流体流导向正确功能的阀的工作端口。在阀芯的相对端安装有锁紧套筒，其与阀芯一起轴向移动。锁紧套筒具有成形开口以容纳锁销。锁销垂直于锁紧套筒安装并且穿过锁紧套筒开口。锁销与弹簧和活塞一起定位在其孔中，允许锁销与锁紧套筒接合和脱离。当锁销沿一个方向移动时，锁销上的突起与锁紧套筒上的配合凹部接合，从而防止锁紧套筒和阀芯轴向移动。这可以有效阻止阀致动并且防止由阀控制的功能起作用。当锁销沿相反的方向移动时，锁销上的突起与锁紧套筒上的凹部脱离，从而允许锁紧套筒和阀芯沿轴向方向不受阻碍的移动。这可以允许阀致动和将流体导向选定功能。

通过给位于锁销的每个端部处的活塞施加流体压力来控制锁销运动。弹簧控制锁销的非承压位置。通过将流体压力从阀的致动端口正确地导向适当活塞，阀芯可以锁定在特定位置以免移动，从而防止由阀芯控制的功能起作用。各种功能可以“选通（gated）”以防止操作，除非另一功能处于特定状态。

图23A-23F显示了根据本发明的阀系统600，具有阀体601、闸门组件603和手柄602（或控制把手），该手柄直接连接到阀芯604的一端，使得推拉手柄602给阀芯604提供轴向移动。手柄602在控制把手主体605内移动。阀芯运动打开和关闭将流体流导向正确功能的阀系统600的工作端口606。在阀芯602的相对端安装有锁紧套筒608，其与阀芯604一起轴向移动。锁紧套筒608具有成形开口612、614以容纳锁销610。锁销610垂直于锁紧套筒608安装并且穿过锁紧套筒开口612、614。锁销610与弹簧616、618和活塞622、624一起定位，允许锁销与锁紧套筒608接合和脱离。当锁销610沿一个方向移动时，锁销610上的突起或杯状物620与锁紧套筒608上的配合凹部626接合，从而防止锁紧套筒608和阀芯604轴向移动。这可以有效阻止阀系统600致动并且防止由阀控制的功能起作用。当锁销610沿相反的方向移动时，锁销610上的杯状物620与锁紧套筒608上的凹部626脱离，从而允许锁紧套筒608和阀芯604沿轴向方向不受阻碍的移动。这可以允许阀致动和将流体导向选定功能。

通过给位于锁销610的每个端部处的活塞622、624施加流体压力来控制锁销610的运动。弹簧616、618控制锁销的非承压位置。通过将流体压力从阀的致动端口（经具有适当管道和软管的管道接头）正确地导向适当活塞622、624，阀芯604可以锁定在特定位置以免移动，从而防止由阀芯604控制的功能起作用。当控制面板730上的多个阀使用阀芯锁定特征时，阀芯可以相对于彼此“选通”（或联锁）。阀芯将被锁定以防移动，防止由其控制的功能起作用，除非其它阀芯处于特定位置。螺栓632将闸门组件603附接到阀上。螺栓633将锁销壳体634固定到闸门组件603上。螺栓635将锁紧套筒608固定到阀芯604上。图23C显示了与凹部626的边缘接合的杯状物620。

图24显示了与根据本发明的系统的单根吊卡（例如，吊卡1、60、330、702）一起使用的根据本发明的一个循环系统650，所述循环系统给系统控制系统（例如，这里公开的任何控制系统）和/或系统控制面板（例如，控制面板730或730a或者这里公开的任何控制面板）提供反馈。箱子I中的阀和部件是根据本发明的吊卡的部件，箱子II中的阀和部件是用于根据本发明的管件下送系统的控制系统的一部分。吊卡具有可通过闩销缸筒和钳夹移动的闩销。

在一个方面，闩销缸筒由弹簧偏压到起始（闭合）位置，并且是平衡区域致动器（balanced area activator）。箱子I中的阀如下：

DL1：三向阀，其可以通过控制面板手柄机械移位以使吊卡闩销闭合，并且产生指示闩销处于闭合位置的信号。

DJ1：三向阀，其可以通过控制面板手柄机械移位以使吊卡钳夹移动。

PCX：减压/安全阀（例如，设定在750psi设置值），其限制来自管线XP中的阀DL1的吊卡闭合反馈信号。

X2：止回阀。

XP：止回阀。

X1：止回阀。

T：止回阀。

SVX：三向顺序阀；当管线XP中的压力升高（例如，1500psi）时，该阀将使闩销移动到闩销打开位置，其中，吊卡钳夹自由移动。

CVX：止回阀，其阻断管线XP中的高压，并且将吊卡开放回路与吊卡闭合区段隔开。

过滤器FLP保护阀DJ1。过滤器FLX保护阀SVX。

在一个方面，吊卡60（例如，如图1A所示）和根据如上所述本发明的其它系统所示的其它吊卡可以是如图1G-1K所示的已知现有技术的吊卡60a。具有主体60x的吊卡60a（图1G-1N）具有可通过闩销缸筒60c移动的闩销60b和一对在打开和闭合位置之间枢转的钳夹60d。钳夹60d通过来自一对钳夹定位器60e的弹性作用力保持在打开或闭合位置。当钳夹闭合时，闩销60b由弹性作用力定位以阻止钳夹旋转，从而防止钳夹60d打开。吊卡具有液压P、回流T形接头（参见图24）和单独的控制管线接头（参见图24）。在一个方面，控制管线XP连接到位于操作员控制面板730上的调节阀730b。在另一个方面，当位于远程位置的操作人员通过电信号操作控制阀SV13时，控制管线XP连接到电气控制阀（箱子II中的SV13）上。

钳夹定位器60e利用铰链销60f附接到吊卡主体上，允许钳夹定位器60e在钳夹60d旋转时转动。钳夹定位器60e、铰链销60f之一延伸以提供用于钳夹定位器手柄60g的附接点。手柄60g附接到枢转销60f上，使得手柄60g与钳夹定位器60e一起旋转。当钳夹60d到达闭合位置时，钳夹定位器手柄60g的旋转使其接触触发器活塞60h，所述触发器活塞60h手动致动定向阀DJ1（参见图24）。定向阀DJ1随后使承压流体流到定向阀DL1（参见图24）。

闩销60b和闩销缸筒60c利用铰接螺栓机械连接到闩销触发器手柄60k上，使得闩销缸筒60c的轴向移动导致闩销触发器60k的枢转运动。当闩销60b和闩销缸筒60c处于弹簧偏压初始（闭合）位置时，闩销触发器60b手动致动定向阀DL1。定向阀DL1随后使来自定向阀DJ1的承压流体流入控制管线XP。位于控制管线XP中的减压安全阀PCX（参见图24）将流体压力减少到中等水平，大约750psi。控制管线XP中的中等压力连接到闩销缸筒60c的伸出侧，从而产生附加的作用力以将闩销固定在初始（闭合）位置，以防止钳夹意外打开。控制管线XP中的中等压力还引向操作员控制面板730，在一个方面，它使指示装置730h致动，通知操作人员吊卡钳夹闭合。在另一个方面，控制管线XP中的压力启动电压开关，通过电信号给远程位置提供指示。

在一个方面，控制面板730包括流量控制阀FC13（参见图24），其一侧连接至控制管线XP，另一侧连接至液压回流管线T（通过控制阀730b或箱子II中的SV13，图24）。由于其结构性质，流量控制阀FC13使流过其中的流体产生压降，从而在控制管线XP中保持中等压力。

当操作人员将控制阀730b（或箱子II中的SV13）转换到“打开”位置时，处于高压（大约2000psi）的流体引入控制管线XP。在吊卡处，流体由止回阀CVX（参见图24）阻止并且流向顺序阀SVX（参见图24）。顺序阀SVX具有远高于中等压力水平（750psi）的致动压力设定值（1500psi），使得高压流体（2000psi）驱动阀SVX，其将高压流体导向闩销缸筒60c的缩回侧。承压流体用于缩回闩销缸筒60c，克服弹簧60m的闩扣弹簧作用力，克服作用在闩销缸筒60c的伸出侧上的中等压力流体，并且将闩销60b缩回到钳夹60d后面。这在吊卡60a从管件上取下时使钳夹60d自由旋转到打开位置。闩销缸筒60c的缩回运动使闩销触发器手柄60k移动，释放定向阀DL1上的机械力以允许阀DL1移位，从而将作用在闩销缸筒60c的伸出侧上的压力释放到液压回流T。当吊卡从管件上取下时，钳夹的旋转使钳夹定位器60e和钳夹定位器手柄60g围绕铰链销60f旋转，从而卸去作用在触发器活塞60h上的机械力并允许定向阀DJ1移位，以使流入的承压流体与液压P隔断。

当控制阀730b移位到“预位（armed）”位置时，它将控制管线XP中的流体导向液压回流T，从而将控制管线XP中的压力减少到0psi（或极低压力）。压力降低允许顺序阀SVX移位，将闩销缸筒的返出端导向液压回流T，从而释放闩销缸筒60c中的压力。闩扣弹簧60t现在使闩销60b和闩销缸筒60c在钳夹60d后面伸出，从而将钳夹60d保持在打开位置。阀和钳夹位置处于“预位”，准备在吊卡推动到管件上时重复闭合循环。

过滤器筛FLP、FLX去除流体污染物以保护吊卡中的阀和液压元件。

图1H显示了钳夹60d开始接触套管CN。图1I显示了钳夹60d处于围绕套管CN的位置。图1J显示了钳夹60d卡在套管CN上并且通过闩销60b固定在适当位置。

典型地，希望的选通功能是（“SJE”表示单根吊卡）：

·只有当卡盘闭合并且SJE闭合时打开CRT

·只有当CRT闭合时打开卡盘

·只有当CRT闭合时打开SJE

可以使用任何适当的闸门组合。同样，使锁销移动到非承压位置的弹簧的尺寸或位置可以设置成在活塞不承受压力时提供特定的锁定或开启状态。

在一个方面，控制面板上的按钮开关在需要时可以超驰（overriding）闸门。开关由铰接门覆盖以防止偶然致动。致动所述开关会同时超驰所有闸门。

CRT和SJE可以使用液压回路，减少了致动CRT中的卡瓦或闭合SJE所需的管线数量。这种回路需要三种不同的压力致动卡瓦或吊卡功能和提供闭合反馈信号。因此，在一般需要两根软管的情况下，只使用一根服务环路软管。高压打开卡瓦或吊卡，当卡瓦或吊卡“预位关闭”时具有低或零压力，使用所述中压给指示装置提供闭合反馈信号。指示装置区分中压（卡瓦或吊卡闭合）和高压（卡瓦或吊卡打开）。

根据本发明的一个系统具有带液压回路的控制面板730，所述液压回路提供用于各种卡瓦位置的精确反馈信号。使用定时缸筒735给控制阀734提供致动信号，所述控制阀使反馈信号服务环路软管与反馈指示装置分开。当控制阀734从打开（OPEN）转换到预位(ARMED)时，服务环路软管中的残余压力将正常致动指示装置730f或730h，并且提供几秒钟卡瓦或吊卡闭合的误指示。定时缸筒735和隔离控制阀734通过使指示装置与软管中的压力源隔离而避免这种情况的发生。当定时缸筒735移动通过其全部行程时，给隔离控制阀734的致动信号消失，从而允许阀734移位，以使服务环路软管与指示装置直接连接。当卡瓦安放或吊卡闭合并且指示装置产生正确指示时，指示装置现在可以读取服务环路软管中的中等压力。利用布置在面板歧管中的控制阀735v调整流入和流出缸筒735的流体流速而控制定时缸筒速度。

控制面板730使用歧管732减少管线和接头，并且提供用于服务环路接头730s以及液压和气动供给接头730t的安装位置。压力过滤器733安装到岐管732上以去除来自外来液压流体的颗粒污染。选择阀731安装在歧管732上以在需要时停止液压输入。同样，使用隔离控制阀734隔离来自服务环路710以及CRT720和SJE702的液压。岐管732还提供用于各种检验接头配件的安装位置730m，以允许连接用于调试目的的压力表和检验设备。

如图19所示，钻探工D控制顶部驱动TDS的速度和扭矩，“仪表盘”监视器705提供管件下送工具720的状态指示。钻探工D可以控制管件下送工具720的提升、下降、旋转（转动）和扭矩。钻探工D接收来自管件下送工具（来自从控制面板730到遥控监视器705的管线705a）的反馈，涉及：下送工具停止信号（停止下降）；卡瓦安放；吊卡闭合（开始提升）；吊卡竖直（可以看出准备对扣到管件，例如套管中）；和通过卡盘（或旋转）进行卡瓦安放。

管件下送工具操作人员O控制：吊卡向外倾斜；吊卡打开并预位；下送工具卡瓦；和旋转和/或卡盘卡瓦安放。操作人员O接收来自下送工具的反馈，涉及：下送工具停止信号（停止下降）；卡瓦安放；吊卡闭合（开始提升）；和旋转或卡盘卡瓦安放。

液压动力装置“HPU ASSY”提供用于液压驱动系统的各种功能的液压动力流体。钻台空气供给提供用于各种气动功能的承压空气。在某些方面，当电动产品用于控制面板730上的指示装置或遥控监视器705时，电能由钻台发电机或主电源提供。

图25和25A-25C示意性地显示了根据本发明的系统500，其包括可以用在根据本发明的系统中并与其一起使用的各种部件和液压回路。

液压/气动转节（例如，与如上所述的图17A所示转节组件155、转节组件308和转节组件440类似）提供从系统的固定部分到旋转部分的流体通道。补偿器组件502（与如上所述的补偿器326a-326c类似）将工具和管件的重量传递给主轴以减少连接装卸期间作用于管件螺纹上的载荷。气动先导定向阀503在其行程到达中间行程位置时有选择地切断给补偿器组件502的空气供给，将系统保持在“开始”位置。

具有液压先导装置的空气定向阀504根据来自操作人员的卡瓦“打开”或卡瓦“预位关闭”命令而引导气流往返于补偿器组件502。放气阀505限制由于外部施加载荷产生于补偿器组件502中的气压。安全阀506为安全考虑限制卡瓦缸筒组件507中的液压。卡瓦缸筒组件507（例如，三个组件507，例如，与如上所述的缸筒组件350a-350c类似）提供卡瓦（例如，如上所述的任一实施例中的任一卡瓦）竖直运动以夹紧和松开管件。

液压增压器508（例如，与如上所述的增压器491类似）通过转节501将减小的压力增大到完全安放卡瓦所需的压力。凸轮操作定向阀509（例如，与如上所述的阀378类似）在与灌注和循环工具的拨盘接触时开始卡瓦安放程序并且给控制面板（例如，与如上所述的控制面板730类似）发送“停止下降”信号。凸轮操作定向阀510起动增压器508以在卡瓦完全安放时达到完全卡瓦安放压力。

梭阀511连通和断开用于卡瓦安放功能的再生模式。再生模式利用来自缸筒507的废弃流体加快缸筒致动。先导开启止回阀512防止卡瓦在系统承受有害压力脉动时（例如，当HPU循环断断续续时）的某些情况下跌落。

弹簧偏压的两位阀513根据来自控制面板的操作人员输入（选择“打开”或“预位关闭”）使阀509工作或失效。过滤器筛514防止增压器508和卡瓦安放反馈回路中的阀受到污染。两位三通顺序阀515区分用于卡瓦打开命令的高压和用于卡瓦安放反馈信号的中压。

止回阀516阻止高压卡瓦打开命令进入中压卡瓦安放反馈回路。两位三通顺序阀517控制卡瓦安放反馈信号并且以在预定卡瓦安放压力下产生运动的面积比由机械活塞致动。两位式制动定向阀518根据管件与阀509接触或者来自控制面板的操作人员“打开”命令确定“预位关闭”模式或者“打开”模式。两位式液压先导载荷控制阀519控制流体流向卡瓦缸筒组件507的下侧，并且在由阀509引导时，允许流体流向缸筒并且安放卡瓦。两位式液压先导载荷控制阀520控制流体流向卡瓦缸筒组件507的上侧，并且在由来自控制面板的卡瓦打开命令进行流体引导时，允许流体流向缸筒以打开卡瓦。

安全阀521在卡瓦打开时提供冗余安全释放特征并且防止在卡瓦缸筒组件507的上侧形成过大压力。先导关闭止回阀522与梭阀511协同作用以将来自卡瓦缸筒507上侧的废弃流体导向下侧（再生）以加快卡瓦安放功能。两位式液压先导载荷控制阀523在卡瓦安放时保持卡瓦缸筒的卡瓦下侧上的高压并且通过卡瓦打开命令打开，释放卡瓦缸筒中的压力。如果主液压动力消失，先导关闭止回阀524释放卡瓦缸筒下侧上的压力，防止系统中的压力存滞，从而防止工具锁定在管件上。

孔口526控制用于卡瓦向上运动的流体流动。活塞致动器527使顺序阀517移动和致动，从而在卡瓦缸筒设备中形成高压时将中等压力卡瓦安放反馈信号导向控制面板中的指示装置。

检验接头配件530提供用于检验表和其它检验设备的连接点。

岐管531、532、533（例如，与如上所述的岐管352a-352c类似）提供用于各种阀、缸筒和接头配件的液压管道连接和安装位置。

图26和26A-26B示意性地显示了根据本发明的系统660，其包括可以用在根据本发明的系统中并与其一起使用的各种部件和液压回路。

压力过滤器661（与图15A所示过滤器452类似）去除来自液压流体的污染。空气过滤调节器662（与图15C所示的调节器454类似）控制通向补偿器组件的空气压力。液压减压阀663（与图15A所示的阀440i类似）减少流过转节组件的流体液压以延长密封寿命。卸压阀664与阀653协同工作以在工具处于“打开（OPEN）”状态时提供高压设定值，在工具处于“预位（ARMED）”状态时提供低压设定值。

进口歧管665（与图15A和15B所示歧管316b类似）包括过滤器661、调节器662和阀663。分配歧管666（与图15C所示歧管316类似）包括如下所述的部件667、668、669、670、671、672和679。岐管666收集和分配液压流体往返于各种功能。

止回阀667防止液压流体由于系统高程变化而排出歧管和管线。止回阀668在歧管666中形成高压区以确保连接件倾斜缸筒在缩回时保留全部流体。减压阀669减少液压以控制连接件倾斜装置浮动应用。止回阀670允许液压流体只沿一个方向流动。卸压阀671限制由外部载荷作用在连接件倾斜缸筒的缩回侧上的压力。止回阀672允许流体从连接件倾斜缸筒的封闭端流向杆端，从而在连接件倾斜缸筒处于浮动模式时使其充满流体。

动力缸筒设备673（与图15A所示设备312类似）伸出和缩回连接件倾斜臂。

载荷保持岐管674包含阀及其配件以控制液压流体往返于设备673。

止回阀675允许液压流体只沿一个方向流动。先导操作止回阀676允许以受控方式从连接件倾斜缸筒中释放流体以使连接件倾斜臂“浮动”。载荷保持阀677（与如上所述的阀424a类似）将设备673保持在适当位置，在缸筒控制软管断裂时防止连接件倾斜臂落下并且限制由外部载荷作用在缸筒封闭端上的压力。

液压/气动转节678（与如上所述的转节和转节组件155、308和440类似）提供从系统的固定部分到旋转部分的流体通道。

常开逻辑模块679控制流体往返于连接件倾斜缸筒的杆侧，从而控制正常伸出/缩回功能和浮动功能之间的不同要求。

孔口680控制从连接件倾斜缸筒流出的流体速度，以在浮动模式下控制连接件倾斜臂的下降速度。孔口681提供流体排放通道以防止连接件倾斜缸筒伸出管线中的压力存滞，这会妨碍缸筒完全缩回。孔口682限制从浮动信号管线流出的流体。

检验接头配件683提供用于检验表及其它检验设备（未显示）的连接。

止回阀684防止压力浪涌（例如，储箱压力浪涌）进入旋转部分回路。

图22A、22B和22C示意性地显示了根据本发明的系统900，其可以用在根据本发明的上述系统中并与其一起使用。

控制阀901（与图22中的阀730d类似）控制根据本发明的管件下送系统或根据本发明的“CRT”系统的连接件倾斜臂的“伸出”和“缩回”功能。控制阀902（与图22中的阀730d类似）控制连接件倾斜臂的“浮动”功能。控制阀903（与图22中的阀730d类似）控制SJH吊卡的“预位”和“打开”功能。控制阀904（与图22中的阀730f类似）控制卡瓦的“预位”和“打开”功能。控制阀905（与图22中的阀730g类似）控制“卡盘”功能，“卡瓦向上”和“卡瓦向下”。控制阀（“超驰阀”）906（与图22中的阀730m类似）是手动阀，其通过阀911给闸门组件934提供“超驰”功能（“打开”），给闸门活塞907加压。阀901-906可以手动操作。

闸门活塞907（与如上所述的活塞622类似）是闸门组件中的活塞，用于锁定锁紧套筒和阀芯，例如处于“闭合”位置。活塞908（与如上所述的活塞624类似）是闸门组件中的活塞，用于松开锁紧套筒和阀芯，例如允许阀芯移动到“打开”位置。

手动操作装置909可以手动操作以打开闸门组件，例如，进行修理或故障检查。在一个方面，操作装置909连接到由超驰阀906（手动操作）加压的开启活塞908上，从而打开所有闸门和释放对所有功能的锁定。

面板指示装置缸筒910指示出：单根吊卡通过吊卡处产生的反馈信号而闭合。梭阀911在“超驰”功能（由阀906执行）和从反馈信号装置处获得的卡盘卡瓦闭合功能之间提供“或”功能。

压力控制阀912确定用于来自CRT和SJH功能的压力反馈信号的压力阈值。

两位四通顺序阀913将用于SJH和卡盘加压反馈信号的“与”功能提供给闸门组件934。

两位四通顺序阀914确定用于卡盘闭合压力反馈信号的压力阈值并且在卡盘受控“向上（UP）”时不起作用（“关闭”）。

压力控制阀915限制用于某些卡盘“卡瓦向上”输出的输出压力。止回阀916在卡盘“卡瓦向下”致动时提供用于流体流动的回流路径。压力控制阀917限制用于“连接件倾斜装置伸出”功能的输出压力。止回阀918在卡盘“连接件倾斜装置缩回”致动时提供用于流体流动的回流路径。

先导流体安全装置919与孔口921协同工作，在来自CRT/SJH功能的反馈压力致动时关闭，并且在SJH“打开”命令致动时先导“打开”。

两位四通顺序阀920在出现来自一种功能的反馈信号“闭合”时使指示装置910起作用，直到来自定时缸筒924(如下所述)的定时功能完成时使指示装置不起作用。

具有无逆向止回装置（free reverse check）的孔口921与安全装置919协同工作以在存在反馈流体流时增大压力，使安全装置919能够关闭并且提供用于“打开”命令的自由流体流动。

具有无逆向止回装置的孔口922与孔口923和定时缸筒924（与图22中的定时缸筒735类似）协同工作以提供用于安全装置919的定时“打开”先导信号，从而在从高压“打开”命令转变为接近零压力“预位关闭”状态时提供服务环路泄压。

三通手动操作阀925（与图22中的阀730e类似）提供用于CRT操作装置的“或”逻辑功能以调节CRT控制面板，使得它可以接受不同的卡盘闭合反馈系统。

卡盘输出926是与多种（例如，三个）推荐的卡片类型（例如但不限于National Oilwell Varco卡盘PS 21，FMS 275和FMS 375）的规格相匹配的各种出口。

止回阀927防止流体在液压停止时回流。压力控制阀928限制系统的输入压力。断流阀929能够隔离CRT和SJH的手动压力输入。

过滤器930给整个液压系统提供防止污染的措施。

断流阀931能够使主流体流与整个系统的液压动力源隔离。

歧管块932提供用于各种阀、缸筒和接头配件的液压管道连接和安装。组件933包括阀901-905并且提供用于闸门组件934的安装接口。

闸门组件934根据系统各种功能的状态使组件933上的操作装置手柄锁定和开启。

手动操作空气关闭阀935能够隔离从空气动力源到系统的补偿器组件的主空气流。检验接头配件936提供用于检验表及其它检验设备（未显示）的连接点。

图27A-27F显示了根据本发明的管件下送系统1000，其包括管件下送工具的电气方案1002，具有与如上所述的任一系统类似的卡瓦系统和卡瓦安放系统1004。系统1000包括顶部驱动1006；顶部驱动电气控制系统1008；电动操作装置面板1010；液压和气动软管1012；和电缆1014、1016、1018和1020。连接件倾斜机构1040具有臂1042。

如图27B和27C所示，工具1002具有带用于压力开关的多芯插头1022的转节1024；螺线管1026；歧管组件1028；压力开关1030（例如多个；例如在一个方面，为三个）；用于螺线管1026的多芯插头1032；压力过滤器1034（例如，与如上所述的过滤器452类似）和检验接头配件和管道连接装置1036。

螺线管1026包括下列螺线管：

1026a：连接件倾斜装置伸出螺线管

1026b：连接件倾斜装置缩回螺线管

1026c：连接件倾斜装置浮动螺线管

1026d：SJH吊卡打开螺线管

1026e：CRT卡瓦打开螺线管

图27D显示了与系统1000一起使用的触摸屏系统1050，具有底座1052和带电路接点1056的屏幕系统1054。图27F显示了示意性地具有网卡1058和电缆1060的系统1054。

工具1002的电气方案按照如前所述的机械方案那样起作用和工作。电气方案通过将控制面板的大部分液压功能放在工具上而取消了机械方案的液压控制面板（例如730），利用螺线管激励的定向阀1026代替控制面板的手动操作杆控制阀，并且利用电气压力开关1030感应反馈信号。电磁阀1026和压力开关1030安装在工具1002（参见图27B）上，而不是安装在单独的控制面板上。选择性地，如果希望的话，卡盘控制装置嵌入用于操作CRT的计算机控制装置1007或开关控制装置中。使用形式为服务环路的电缆1014、1016和/或1018传送往返于工具1002的螺线管电能和压力开关信号。电缆利用多芯插头1022、1032连接到工具1002上，在一个方面，所述多芯插头标定为在钻台的危险环境中使用。

操作员接口1010包括开关和指示灯的控制盒或者计算机接口触摸屏面板（例如1050）。另外，通过将工具控制软件整合到顶部驱动计算机（例如1007）中或者提供单独的计算机1009并使其与顶部驱动计算机联网而将操作员接口整合到顶部驱动控制系统1008或整个钻台控制系统中。控制功能和状态指示器包括在顶部驱动控制装置1008中或嵌入顶部驱动控制系统的计算机屏幕中。

螺线管1026利用新歧管组件1028安装在工具上（例如，通过改变图15B中的进口歧管组件316b）。歧管组件1028根据如上所述的手动控制面板复制液压功能选择电路。压力开关安装在位于岐管1028后面的连接件倾斜框架1040上并且通过管路装置连接至反馈信号管线，开关根据感应压力关闭或打开。利用开关打开或关闭接通或断开指示灯或计算机输入以提供反馈信号。

螺线管的电气控制和电气反馈信号可以直接连接到控制面板1010的开关和指示灯上以提供功能的直接控制，或者它们可以连接到计算机（1007和/或1009）上并且根据来自操作人员的输入通过软件逻辑电路进行控制。操作人员输入可以来自与计算机输入连通的硬连接开关或者来自触摸屏面板。同样，反馈信号可以同样的方式连接，通过直接硬连接而连接到指示灯上或者连接到用于由计算机软件控制的输出的计算机输入上。

通过控制动力信号的计算机软件给螺线管1026提供“闸门”或互锁功能。对于直接接线应用来说，在面板上的控制开关直接控制螺线管1026的情况下，通过以只有当其它开关处于特定状态时给设定开关提供电能的方式硬连接开关来实现闸门功能。

所有电气部件可以在钻台环境下的危险区域中使用。一般地，危险区域技术要求需要所使用的特殊电气部件巨大而笨重。为了节省空间和减少部件数量，可以使用电气组件，该电气组件利用多芯插头将多芯电缆组成单独的连接点。利用将电缆“封装”成密封套的危险区域必要条件将其与外部环境隔离，多芯电缆可以与多芯插头连接并且全部封装在一起以形成单个的终端点。实现上述目的的一种方法是利用从多芯插头通向接线箱的单根多芯电缆，多根单个的电缆从接线箱连接到单个螺线管或压力开关。这可以取消接线箱并且节省空间、重量和成本。

某些电磁阀控制下列功能：

1026a、1026b： 连接件倾斜装置伸出和缩回（或双电磁阀）

1026c：        连接件倾斜装置浮动

1026d：        SJH吊卡打开（接通螺线管选择“打开”，断开螺线管选择“预位关闭”）

1026e：        CRT卡瓦打开（接通螺线管选择“打开”，断开螺线管选择“预位关闭”）

压力开关1023提供下列反馈信号：

“停止下降”

CRT卡瓦闭合

SJH吊卡闭合。

多芯插塞接头1022、1032连接两条电气服务环路；

螺线管电力电缆

压力开关信号电缆

在本发明的范围内，电气操作面板1010采取各种形式，例如：具有操作开关和指示灯的开关盒连接到具有图形、开关功能和指示装置的计算机控制触摸屏；现有顶部驱动钻探工控制台的扩展，整合有用于每个螺线管的通/断开关和用于每个压力开关的指示灯；具有用于每个螺线管的通/断开关和用于每个压力开关的指示灯的单个工具专用控制台；计算机控制触摸屏面板1054，显示图形以指示螺线管状态、操作人员选择、指示装置状态、操作螺线管的虚按钮或开关、警告信息等；控制台中用于螺线管控制的实际开关和用于指示装置状态、信息、语音报警等的计算机屏幕的组合；单个的计算机控制系统；以及它可以与现有顶部驱动计算机控制系统接合并使用顶部驱动计算机作为控制基础。

在本发明的范围内，顶部驱动电气控制系统1008为：控制顶部驱动的输入/输出功能的计算机或可编程逻辑控制器（“PLC”）；其可以包括控制硬件和软件以控制顶部驱动电机的速度和扭矩和/或包括用于通向顶部驱动的服务环路电缆的接线终端点。这些可以是用于单独的独立式工具专用计算机的安装点。

在一个方面，系统1008提供钻台上用于工具电缆的接口点，所述电缆与顶部驱动电缆和服务环路平行延伸；和/或当顶部驱动计算机用作工具控制基础时，系统1008可以给顶部驱动计算机提供接口点。

在一个方面，工具输入/输出利用编程输入到顶部驱动计算机中，电气操作面板1010与该计算机接合。

系统1008可以给顶部驱动电机控制器MC提供接口点，所述顶部驱动电机控制器用于控制电机转速和扭矩（用于控制管件接头上紧和卸开螺纹）和用于读取、显示和记录顶部驱动电机转速（rpm）和扭矩以获得管件接头转速、转数和扭矩。

电缆（“服务环路”）是操作工具电气功能所需的多束不同电缆，在一个方面，包括两个电缆束，一个用于螺线管电力，一个用于压力开关信号，其与顶部驱动服务环路平行延伸。这些电缆包括给每个螺线管输送电力和提供来自每个压力开关的信号的电线。使用两个电缆束防止电力线和信号线之间的干涉。在钻头环境下使用插塞接头提供快速钻台安装和钻台拆卸。服务环路连接到顶部驱动控制系统1008上。提供可选的服务环路1020以直接连接至单个工具操作面板上的单个开关和指示装置。

电缆1018连接顶部驱动计算机和I/O以及控制面板1010，并且在控制面板1010以及顶部驱动控制系统计算机和I/O之间传送电力和信号以提供开关和指示装置控制。

因此，可以看到，这里公开的本发明及实施例以及由所附权利要求覆盖的技术方案适于执行本发明的任务并获得所述结果。在不脱离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明的主题进行某些改变。应该认识到，在本发明范围内可以进行改变，还可以想到，下列任意一项权利要求所述的每个要素或步骤是指字面上的步骤和/或所有等效要素或步骤。下列权利要求用于以其所采用的任何形式在法律上尽可能广义地覆盖本发明。本发明要求保护的技术方案符合35U.S.C.§102规定的新颖性，并且满足§102中的专利性条件。本发明要求保护的技术方案符合35U.S.C.§103规定的非显而易见性，并且满足§103中的专利性条件。本说明书和权利要求书符合35U.S.C.§112规定的必要条件。发明人可以根据等效原则确定和考量本发明及其权利要求的范围，它们属于不显著脱离，但超出如下列权利要求所限定的本发明的字面范围的设备。本文提及的所有专利和申请在此全文引入作为参考。申请人明确表示不援引35U.S.C.§112，第6段对任意一项权利要求进行任何限制，除非权利要求明确将词语“用于......装置”和相关功能一起使用。在本专利文献中，词语“包括”按照无限制的含义表示包括所述词语之后的项目，但是不排除未明确提及的项目。由不定冠词“一”修饰的要素不排除一个以上要素的可能性，除非上下文清楚要求有且只有一个要素。

Claims (16)

1.一种用于在钻机中下送管件的下送设备，所述下送设备包括：安装在主轴（302）上的扭矩框架（310），所述主轴能连接至顶部驱动（TD）的马达；和连接件倾斜设备（308），所述连接件倾斜设备包括布置在扭矩框架（310）上方的转节（440）和从扭矩框架悬垂的可动臂（322），用于促使管件进入扭矩框架（310）的嘴部，其中，所述转节（440）固定成在扭矩框架（310）夹持或旋转管件时使所述连接件倾斜设备（308）保持静止。

2.如权利要求1所述的下送设备，其中，所述转节（440）能转动地固定至钻机的导向梁（GB）。

3.如权利要求2所述的下送工具，其中，所述转节（440）利用具有滑动构件（402）的滑动臂（404）能转动地固定至所述导向梁（GB），从而允许在与下送设备连接的顶部驱动竖直运动的情况下所述转节沿着导向梁（GB）运动。

4.如权利要求3所述的下送工具，其中，所述滑动臂（404）连接至稳定环（406）。

5.如权利要求4所述的下送工具，其中，所述稳定环（406）通过螺栓（408）固定到所述转节（440）的适配环（412）上。

6.如权利要求4或5所述的下送工具，其中，松紧螺旋扣设备（416）紧固至稳定环（406）上的安装架（418），以允许将所述滑动臂调节到所述导向梁（GB）。

7.如前述权利要求中任一项所述的下送工具，其中，所述转节（440）包括在连接件倾斜设备（308）与扭矩框架（310）之间流体连通的多个压力回路。

8.如前述权利要求中任一项的下送工具，其中，所述转节（440）包括杆部（440a）、密封（440b）、轴承（440c）、挡圈（440d）、盖板（440e）和防尘罩（440f）。

9.如权利要求8所述的下送工具，其中，所述杆部（440a）利用肩部（440g）定位在主轴（302）上，并且利用摩擦锁紧卡子（440h）固定就位。

10.如前述权利要求中任一项的下送工具，其中，所述扭矩框架（310）利用花键部（302a）能转动地固定至所述主轴。

11.如权利要求10所述的下送工具，还包括补偿器（326a-c），以允许所述扭矩框架（310）相对于所述主轴（302）竖直运动。

12.如前述权利要求中任一项的下送工具，其中，所述扭矩框架包括用于接合管件的卡瓦（374）。

13.如权利要求12所述的管件下送工具，其中，所述扭矩框架（310）包括卡口座（319），所述卡瓦布置在卡瓦主体（340）中，所述卡瓦主体具有相应的卡口座，以使得所述卡瓦主体能从所述扭矩框架（310）松开。

14.如前述权利要求中任一项的下送工具，其中，所述转节（440）提供用于油气田服务环路的终端位置。

15.如前述权利要求中任一项的下送工具，还包括从所述可动臂（322）悬垂的单根吊卡（60）。

16.如前述权利要求中任一项的下送工具，其中，所述可动臂（322）是能伸长的。

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