CN103348088B - 钻杆导向器 - Google Patents

Abstract

本发明的实现方式包括一种被构造来将第一钻杆和第二钻杆对准的钻杆导向器。所述钻杆导向器包括圆柱形段和锥形或截头-圆锥形段。所述圆柱形段被设置大小并构造来同心地围绕第一钻杆。所述锥形或截头-圆锥形段被设置大小并构造来将第二钻杆导向至所述圆柱形段中并且与所述第一钻杆对准。所述钻杆导向器可以包括形成所述钻杆导向器的对称两半的第一导向构件和第二导向构件。所述第一导向构件和第二导向构件可以连接至夹具的第一夹块和第二夹块。所述导向器可以包括被构造来允许使用者在视觉上确认所述第一钻杆和第二钻杆对准的窗口。

Description

钻杆导向器

发明背景

1.发明领域

本发明的实现方式总体上涉及钻井系统和相关方法。具体地说，本发明的实现方式涉及一种用于帮助对准钻杆的钻杆导向器。

2.相关技术

在常规钻井系统中，钻柱可以包括一系列连接的钻杆。可以一段一段地组装钻杆以便将所述钻柱推进至地层中。进一步详细地说，钻柱可以连接至钻头或被构造来将所述钻柱推进至地层中的所需深度的其它驱动机构。驱动机构可以例如推进钻柱直到所述钻柱的尾部紧接由所述钻柱形成的钻孔的开口。

在钻柱处在所需深度处之后，夹持器（如足型夹具）可以夹持所述钻柱，这样可以帮助防止所述钻柱在所述钻孔下的不慎丢失。利用夹持钻柱的夹具，驱动机构可以与所述钻柱断开。然后，可以将另一个钻杆连接至所述驱动机构并连接至形成钻柱的尾部的钻杆。在这样连接之后，可以松脱夹具对钻柱的夹持，并且驱动机构可以将所述钻柱进一步推进至地层中到达更大的所需深度。可以重复地进行夹持钻柱、断开驱动机构、连接另一个钻杆、松脱所述夹持以及将所述钻柱推进至更大的深度的这个过程以便越来越深地钻入地层中。

遗憾的是，将另一个钻杆与形成钻柱的尾部的钻杆进行正确地对准并且连接可能是困难和/或麻烦的。当没有正确地对准时，钻杆的销接端（凸形端）会刺入至套接端（凹形端）中并且造成永久损坏。这种损坏会产生从可忽略不计的至显著的范围的渗漏，其取决于损坏的程度。严重的损坏会有损接合部的配合并且可能造成疲劳断裂。

用于对准钻杆的常规方法经常要求操作者手动地对准所述钻杆。将另一个钻杆与形成钻柱的尾部的钻杆手动地进行对准可能是危险的。例如，当尝试对准所述钻杆时，操作者会容易使他们的手指在所述钻杆之间撞砸。此外，由于许多钻井场地的性质，钻杆以不可预测的方式移动或从钻井井架无意地掉落是常见的，这可能导致对试图对准钻杆的操作者的伤害。

因此，常规钻井系统中存在许多可以着手解决的缺点。

发明内容

本发明的一个或多个实现方式克服本领域中用于有效地和高效地对准钻杆的钻井工具、系统以及方法的一个或多个问题。例如，本发明的一个或多个实现方式包括被构造来将第一钻杆和第二钻对准的钻杆导向器。这类钻杆导向器可以减少或消除由于未对准对钻杆的损坏。此外，这类钻杆导向器可以是自动化的并且无需钻井操作者的帮助就能起作用。这样一来，一个或多个实现方式的钻杆导向器可以增加安全性，同时还提高钻井效率。

例如，钻杆导向器的一个实现方式包括第一导向构件和第二导向构件。所述第一导向构件和第二导向构件中的每一个包括具有第一内表面的第一末端部分和具有第二内表面的中间部分。所述第二导向构件被构造来相对于所述第一导向构件移动。当所述第一导向构件和第二导向构件邻接在一起时，所述第一导向构件和第二导向构件的中间部分的第一内表面形成圆柱形内表面。此外，当所述第一导向构件和第二导向构件邻接在一起时，所述第一导向构件和第二导向构件的第一末端部分的第二内表面形成截头-圆锥形内表面。

此外，钻杆夹紧装置的一个实现方式包括第一夹块和第二夹块。所述第一夹块和第二夹块被构造来在打开构型与闭合构型之间移动。此外，所述第一夹块和第二夹块被设置大小并构造来当呈所述闭合构型时夹持第一钻杆。所述钻杆夹紧装置还包括具有第一导向构件和第二导向构件的钻杆导向器。所述第一导向构件联接至所述第一夹块并且所述第二导向构件联接至所述第二夹块。当所述第一夹块和第二夹块是呈所述闭合构型时，所述第一导向构件和第二导向构件形成圆柱形段。所述圆柱形段被设置大小并构造来当呈所述闭合构型时围绕所述第一钻杆。此外，当所述第一夹块和第二夹块是呈所述闭合构型时，所述第一导向构件和第二导向构件形成截头-圆锥形段。所述截头-圆锥形段被设置大小并构造来将所述第二钻杆导向至所述圆柱形段中以便使所述第一钻杆和第二钻杆的轴对准。

此外，钻井系统的一个实现方式包括井架和联接至所述井架的钻头。所述钻井系统还包括联接至所述井架的钻杆夹紧装置。所述钻杆夹紧装置被构造来夹持第一钻杆。此外，所述钻井系统包括联接至所述钻杆夹紧装置的钻杆导向器。所述钻杆导向器包括圆柱形段和锥形段。所述圆柱形段被构造来当由所述钻杆夹紧装置夹持时围绕所述第一钻杆。而所述锥形段被构造来将第二钻杆导向至所述圆柱形段中以便使所述第二钻杆与所述第一钻杆对准。

除前述内容之外，一种将第二钻杆与第一钻杆对准的方法的一个实现方式涉及夹紧所述第一钻杆的上端。所述方法还涉及以钻杆导向器的圆柱形段同心地围绕所述第一钻杆的上端。所述方法进一步涉及将所述第二钻杆的下端定位至所述钻杆导向器的锥形段中。所述方法进一步涉及朝向所述第一钻杆降低所述第二钻杆，以使得所述钻杆导向器的锥形段将所述第二钻杆的下端引导至所述钻杆导向器的圆柱形段中并且与所述第一钻杆对准。

本发明的示例性实现方式的其它特征和优点将在以下描述中阐明，并且将部分地从描述中显而易见，或可以通过这类示例性实现方式的实践得以领会。可以借助于所附权利要求中具体指出的仪器和组合来实现和获得这类实现方式的特征和优点。这些和其它特征将从以下描述和所附权利要求中变得更加完整清楚，或可以通过如在下文中阐明的这类示例性实现方式的实践得以领会。

附图说明

为了描述可以获得本发明的上述和其它优点和特征的方式，以上简述的本发明的更具体的描述将通过参见在附图中示出的本发明的特定实施方案来给出。应注意：附图不是按比例绘制的，并且在整个附图中出于说明性目的，具有类似结构或功能的元件总体上由相同附图标记表示。应理解，这些附图仅描绘本发明的典型实施方案并且因此不应被理解为限制本发明的范围，本发明将通过使用附图以另外特征性和细节进行描述和解释，其中：

图1示出根据本发明的一个实现方式的包括夹紧装置和钻杆导向器的钻井系统的示意图；

图2示出根据本发明的一个实现方式的钻杆导向器和夹紧装置的透视图；

图3示出图2的钻杆导向器和夹紧装置的分解视图；

图4示出根据本发明的一个实现方式的钻杆导向器的导向构件的内部视图；

图5示出根据本发明的一个实现方式的图7的导向构件的外部视图；

图6示出沿图2的线6-6截取的图2的钻杆导向器和夹紧装置的横截面视图；

图7示出根据本发明的一个实现方式的呈闭合构型的夹紧装置和钻杆导向器的视图；以及

图8示出图7的夹紧装置和钻杆导向器，但是根据本发明的一个实现方式它们呈打开构型。

具体实施方式

本发明的实现方式针对用于有效地和高效地对准钻杆的钻井工具、系统以及方法。例如，本发明的一个或多个实现方式包括被构造来将第一钻杆和第二钻杆对准的钻杆导向器。这类钻杆导向器可以减少或消除由于未对准的对钻杆的损坏。此外，这类钻杆导向器可以是自动化的并且无需钻井操作者的帮助就能起作用。这样一来，一个或多个实现方式的钻杆导向器可以增加安全性，同时还提高钻井效率。

具体地说，一个或多个实现方式可以包括具有圆柱形段和锥形或截头-圆锥形段的钻杆导向器。所述圆柱形段可以被设置大小并构造来同心地围绕第一钻杆。所述锥形或截头-圆锥形段可以被设置大小并构造来将第二钻杆导向至所述圆柱形段中并且与所述第一钻杆对准。所述钻杆导向器可以包括形成所述钻杆导向器的对称两半的第一导向构件和第二导向构件。所述第一导向构件和第二导向构件可以被连接至夹具的第一夹块和第二夹块。所述导向器可以包括被构造来允许使用者在视觉上确认所述第一钻杆和第二钻杆对准的窗口。

如图1中所示，钻井系统10可以用于钻入地层12中。钻井系统10可以包括由多个钻杆16a、16b形成的钻柱14。钻杆16a、16b可以是刚性的和/或金属的，或替代地可以由其它适合的材料来构造。钻柱14可以包括一系列连接的钻杆，所述钻杆可以随钻柱14推进至地层12中而一段一段地组装。钻尖18（例如，开面式钻尖或其它类型的钻尖）可以被紧固至钻柱14的远端。如本文所用，术语“向下”、“下”、“前置”以及“远端”涉及钻柱14的包括钻尖18的末端。而术语“向上”、“上”、“尾”或“近”涉及钻柱14的与钻尖18相反的末端。

钻井系统10可以包括钻机20，所述钻机可以将钻尖18、钻杆16a、16b和/或钻柱14的其它部分旋转和/或推入地层12中。钻机20可以包括驱动机构，例如，旋转式钻头22、滑撬组件24以及井架26。钻头22可以联接至钻柱14，并且可以旋转钻尖18、钻杆16a、16b和/或钻柱14的其它部分。如果需要，那么旋转式钻头22可以被构造来改变它旋转这些部件的速度和/或方向。滑撬组件24可以相对于井架26移动。在滑撬组件24相对于井架26移动时，滑撬组件24可以提供抵靠旋转式钻头22的力，所述力可以进一步将钻尖18、钻杆16a、16b和/或钻柱144的其它部分推至地层12中，例如，同时它们被旋转。

然而，应理解钻机20不要求旋转式钻头、滑撬组件、滑动框架或驱动组件并且钻机20可以包括其它适合的部件。还应理解，钻井系统10不需要钻机并且钻井系统10可以包括可将钻尖18、钻杆16a、16b和/或钻柱14的其它部分旋转和/或推入地层12中的其它适合的部件。例如，可以使用声波马达、冲击马达或井下马达。

如由图1所示，钻井系统10可以进一步包括钻杆导向器30和相关联的钻杆夹紧装置40或夹具。如在以下更详细地解释，钻杆导向器30可以引导第一钻杆并且使第一钻杆与第二钻杆对准以便允许所述第一钻杆和第二钻杆连接在一起。钻杆导向器30可以确保所述钻杆不会未对准，并且因此，避免常见地与试图处理（即，连结）未对准的钻杆相关联的对钻杆的损坏。

进一步详细地说，驱动机构可以推进钻柱14并且具体地说是第一钻杆16a直到第一钻杆16a的尾部紧接由钻柱14形成的钻孔的开口。一旦第一钻杆16a处在所需深度处，钻杆夹紧装置40可以夹持第一钻杆16a，这样可以帮助防止第一钻杆16a和钻柱14在钻孔下的不慎丢失。利用夹持第一钻杆16a的钻杆夹紧装置40，驱动机构可以与第一钻杆16a断开。

然后可以将另一个或第二钻杆16b连接至驱动机构并且推进至钻杆导向器30中。钻杆导向器30可以将第二钻杆16b与形成钻柱14的尾部的第一钻杆16a对准。具体地说，钻杆导向器30可以被构造来使第二钻杆16b的中心轴线与第一钻杆16a的中心轴线对准。一旦对准，可以通过将第二钻杆16b拧入第一钻杆16a中来制作出第一钻杆16a与第二钻杆16b之间的接合部。

在第二钻杆16b连接至驱动机构和第一钻杆16a之后，钻杆夹紧装置40可以松脱钻14。驱动机构可以将钻柱14进一步推进至地层中到达更大的所需深度。可以重复地进行夹持钻柱14、断开驱动机构、连接另一个钻杆16b、松脱所述夹持以及将钻柱14推进至更大深度的这个过程以便越来越深地钻入地层中。

通过将钻杆16a、16b对准，钻杆导向器30可以有利地允许钻杆16a、16b较快地和较容易地进行连接，同时对钻杆16a、16b的不慎损坏的风险较低。例如，第一钻杆和第二钻杆16a、16b可以包括被构造来啮合并且配合以便连接钻杆16a、16b的螺纹。通过将钻杆16a、16b对准，钻杆导向器30可以允许钻杆16a、16b的螺纹较快地和较容易地啮合，同时对所述螺纹的不慎损坏的风险较低。

根据本文的公开内容，应理解第二钻杆16b的一个或多个螺纹可以定位在钻杆16b的前置部分处的销接或凸形部分上。类似的，第一钻杆16a的一个或多个螺纹可以定位在钻杆16a的尾部处的套接或凹形部分中。然而，应理解的是，螺纹可以形成在钻杆16a、16b的其它适合的部分中，或可以调换钻杆16a、16b的销接件和套接件。还应理解，钻杆16a、16b不要求螺纹并且可以使用螺纹、紧固件、连接件、黏合剂、焊缝和/或任何其它适合的手段来连接。

现在参见图2和图3，示出钻杆导向器30和相关联的钻杆夹紧装置40的更多细节。具体地说，图2示出钻杆导向器30可以包括接收部分112，所述接收部分可以被构造来容纳钻杆16a的一部分以便将钻杆16a、16b对准。具体地说，钻杆导向器30可以包括内表面114，所述内表面界定接收部分112并且被构造来接触和/或邻接钻杆16a的外表面以便将钻杆16a、16b对准。

进一步详细地说，钻杆导向器30可以包括第一圆柱形段118和第二锥形或截头-圆锥形段120，所述第二锥形或截头-圆锥形段可以被构造来通过将钻杆16a的一部分导向至圆柱形段118中来将钻杆16a、16b对准。如以上所讨论，钻杆夹紧装置40可以夹持钻柱14的钻杆16b，并且驱动机构可以与钻柱14的钻杆16a断开。利用夹持钻杆16a的钻杆夹紧装置40和与钻杆16a断开的驱动机构，钻杆16b的尾部可以被连接至驱动机构，并且钻杆16b的前置部分可以插入至钻杆导向器30的接收部分112中。

在钻杆16b的前置部分插入至接收部分112中时，截头-圆锥形段120可以将钻杆16b的前置部分导向至圆柱形段118中。截头-圆锥形段120可以例如朝向圆柱形段118成锥形并且可以接触和/或邻接钻杆16b以便将钻杆16b的前置部分导向至圆柱形段118中。将钻杆16b的前置部分导向至圆柱形段118中可以有利地将钻杆16b、16a的中心轴线110b、110a对准。如以上所讨论，对准的钻杆16b、16a然后可以加以连接，钻杆夹紧装置40然后可以松脱钻杆16a，并且钻柱14可以被推进至更大的深度。

钻杆导向器30的圆柱形段118可以被构造来保持钻杆16b、16a对准。圆柱形段118可以通过例如接触和/或邻接钻杆16b和/或钻杆16a的一个或多个部分来保持钻杆16b、16a对准。例如，圆柱形段118可以具有管状形状，所述管状形状可以具有总体上圆柱形的内表面，所述内表面可以由所述段的内表面114的一个或多个弯曲部分122界定。弯曲部分122可以被构造来接触和/或邻接钻杆16b的外表面的一个或多个弯曲部分124以便保持钻杆16b、16a对准。

如图3和图4中所示，圆柱形段118的总体上圆柱形的内部具有的高度可以大于或等于圆柱形段118的总体上圆柱形的内部的直径，这样可以有利地帮助圆柱形段118更有效地保持钻杆16b、16a对准。例如，圆柱形段118的总体上圆柱形的内部具有的高度可以比圆柱形段118的总体上圆柱形的内部的直径大至少10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和/或100。然而，应理解，钻杆16b可以具有更大或更小的任何适合的直径。还应理解的是，圆柱形段118的总体上圆柱形的内部可以具有更大或更小的任何适合的直径和高度。

如图2和图3中所示，管状形状的圆柱形段118和锥形的截头-圆锥形段120可以形成被构造来将钻杆16b、16a对准的漏斗形钻杆导向器30。然而，应理解钻杆导向器30不要求任何锥形的或截头-圆锥形段120、钻杆导向器30不要求漏斗形状，并且钻杆导向器30可以具有被构造来将钻杆16b、16a对准的其它适合的形状。还应理解的是，圆柱形段118不要求管状形状、不要求总体上圆柱形的内部，并且可以具有被构造来保持钻杆16b、16a对准的其它适合的形状。将会进一步理解的是，钻杆16b的前置部分可以通过机器自动地或通过手来手动地插入至钻杆导向器30的接收部分112中，并且钻杆16b、16a可以通过机器自动地或通过手来手动地连接。

如图2和图3中所示，钻杆导向器30的一个或多个部分可以连接至钻杆夹紧装置40的一个或多个部分。如以下所讨论，这种连接可以帮助钻杆导向器30将钻杆16b、16a对准。进一步详细地说，钻杆夹紧装置40可以包括第一夹块126和第二夹块128。钻杆导向器30可以包括第一导向构件130和第二导向构件132，所述导向构件可以分别相对于夹块126、128固定。例如，可以使用一个或多个紧固件134（如螺栓或其它类型的紧固件）将导向构件130固定地连接至夹块126，并且可以使用一个或多个紧固件134（如螺栓或其它类型的紧固件）将导向构件132固定地连接至夹块128。为了将导向构件130、132固定地连接至夹块126、128，紧固件134可以延伸至形成在导向构件130、132中的开口136中和形成在夹块126、128中的开口138中。如果需要，可以快速地和容易地使开口138形成/机械加工至现有夹具的夹块126、128中。然而，应理解的是，紧固件134和开口136、138不是要求的并且可以使用紧固件、连接件、黏合剂、焊缝和/或任何其它适合的手段来将导向构件130、132固定地连接至夹块126、128。

导向构件130、132可以被构造来在多个固定相对位置中的任何一个上选择性地连接至夹块126、128。例如，导向构件130、132中的开口136可以具有细长形状。开口136的细长形状可以允许紧固件134在多个固定相对位置中的任何一个上将导向构件130连接至夹块126并且在多个固定相对位置中的任何一个上将导向构件132连接至夹块128。

可以有利地选择并且固定导向构件130、132和夹块126、128的相对位置，以使得钻杆导向器30可以始终将要被连接至形成钻柱14的尾部的钻杆16a的每个另外的钻杆16b对准。例如，钻柱14和钻杆104可以具有外径，并且钻杆夹紧装置40的夹块126、128可以被构造来始终夹持所述外径。因此，可以选择和固定导向构件130、132和夹块126、128的具体相对位置，以使得钻杆导向器30将由钻杆夹紧装置40的夹块126、128夹持的另一个钻杆16b与钻杆16a对准。此后，因为钻柱14和钻杆16a、16b具有夹块126、128始终夹持的相同外径，所以钻杆导向器30可以始终将每个另外的钻杆16b与形成钻柱14的尾部的钻杆16a对准。如果需要，可以改变并且固定导向构件130、132和夹块126、128的相对位置，以使得钻杆导向器30可以始终将具有不同第二外径的钻杆16a、16b对准。

此外，第一钻杆导向器30的导向构件130、132可以连接至钻杆夹紧装置40的夹块126、128，以使得第一钻杆导向器30可以始终将具有第一外径的钻杆104对准。在它们的使用之后，第一钻杆导向器30的导向构件130、132可以随后与钻杆夹紧装置40的夹块126、128断开，并且第二钻杆导向器30的导向构件130、132可以被连接至钻杆夹紧装置40的夹块126、128，以使得第二钻杆导向器30可以始终将具有与所述第一外径不同的第二外径的钻杆16a、16b对准。因此，多种不同的钻杆导向器30可以连接至钻杆夹紧装置40并且用于将具有多种不同直径的钻杆16a、16b对准。

现在参见图4和图5，示出和描绘了钻杆导向器30的导向构件的更多细节。导向构件130、132可以包括可以形成截头-圆锥形段120的部分的第一末端部分140、相反的第二端部分142以及可以形成圆柱形段118的一部分的中间部分144。中间部分144可以具有半管形状，所述半管形状可以包括以上讨论的弯曲部分122。如由图4和图5所示，在至少一个实现方式中，弯曲部分122可以在垂直于凸缘146的底面或表面的方向上远离第二端部分142延伸。导向构件130、132的末端142可以包括凸缘146，所述凸缘可以包括开口136。导向构件130、132还可以包括可以连接至第一端末部分140、中间部分144和/或末端部分142的凸缘146的角撑板148。需要时，角撑板148可以被构造来强化和/或加固导向构件130、132。

导向构件130、132可以形成被构造来将钻杆16b、16a对准的蛤壳式构型。具体地说，导向构件130、132可以形成钻杆导向器30的对称的第一半（半部）和第二半。此外，导向构件130、132可以是可互换的，以使得导向构件130、132可以可互换地连接至夹块126、128。然而，应理解的是，导向构件130、132不必是可互换的并且不必形成所述蛤壳式构型的对称两半。还应理解，钻杆导向器30不要求蛤壳式构型并且可以具有其它适合的构型。

应理解，如图2中所示，当所述第一导向构件和第二导向构件邻接在一起时，第一导向构件130和第二导向构件132中每一个的中间部分144的内表面114可以形成圆柱形内表面。类似地，如图2中所示，当第一导向构件130和第二导向构件132邻接在一起时，第一导向构件130和第二导向构件132的第一末端部分140的内表面114可以形成截头-圆锥形内表面。此外，第一导向构件130和第二导向构件132的第一末端部分140的内表面可以远离第一导向构件130和第二导向构件132的中间部分144径向向外地并轴向地延伸。

图4和图5进一步示出钻杆导向器30可以包括一个或多个窗口150，所述窗口可以允许使用者在视觉上确认钻杆16b、16a对准。此外，如果钻杆16b、16a包括如上所讨论的螺纹，那么所述一个或多个窗口150可以允许使用者在视觉上确认钻杆16b、16a的螺纹对准和/或啮合。如图4和图5中所示，窗口150可以具有细长形状并且可以布置在钻杆导向器30的圆柱形段118和/或导向构件130、132的中间部分144中。然而，应理解的是，窗口150可以具有其它形状并且可以布置在其它位置中。还应理解，钻杆导向器30不要求任何窗口150。

现在参见图6，示出第二钻杆16b插入至钻杆导向器30中并且与第一钻杆16a对准的视图。如由图6所示，第一钻杆16a被钻杆夹紧装置40扣紧。具体地说，夹块126、128中每一个上的夹持垫片152可以夹持并且保持第一钻杆16a。夹持垫片152可以包含任何数量的为耐磨性的材料。例如，在一个或多个实现方式中，夹持垫片152包括碳化钨垫片。图6示出具有四个夹持垫片152的排。在替代实现方式中，每一排可以包括单个夹持垫片152，2个、3个、5个、6个或更多个夹持垫片。此外，每个夹块126、128可以包括二、三、四或更多排的夹持垫片152。这种布置可以允许增大的摩擦接触，以便可以提供更好的负荷传递，从而增加工作能力和安全性同时减少对相关联的部件的磨损。

如由图6所示，圆柱形段118的总体上圆柱形的内部具有的直径可以稍微大于钻杆16a的外径。例如，圆柱形段118的总体上圆柱形的内部具有的直径可以大于钻杆16a的外径少于约10毫米、9毫米、8毫米、7毫米、6毫米、5毫米、4毫米、3毫米、2毫米和/或1毫米。例如，在一个实施方案中，圆柱形段118的总体上圆柱形的内部可以具有约90毫米的直径并且钻杆16a可以具有约88.9毫米的外径。应理解的是，圆柱形段118和钻杆16a、16b的内径之间的相对严格的公差可以帮助确保钻杆16a、16b正确地对准。

如以上所讨论，第一钻杆16a的尾端或上端可以夹在钻杆夹紧装置40的夹块126、128之间。通过这样做，钻杆导向器30的圆柱形部分118可以同心地围绕第一钻杆16a的上端。具体地说，钻杆导向器30的两个对称半130、132可以绕第一钻杆16a闭合。因此，如图6中所示，当钻杆夹紧装置40夹持钻杆16a时，钻杆16a的尾部可以定位在钻杆导向器30的接收部分112内。

第二钻杆16b的下端可以定位至钻杆导向器30的接收部分112中。换句话说，钻杆16b的下端可以定位至钻杆导向器30的锥形或截头-圆锥形段120中。在第二钻杆16b朝向第一钻杆16a降低时，钻杆导向器30的锥形段120可以将第二钻杆16b的下端引导至钻杆导向器30的圆柱形段118中并且与第一钻杆16a对准。换句话说，钻杆导向器30的锥形段120可以将钻杆16b引导至钻杆导向器30的圆柱形段118中，以使得钻杆导向器30同心地围绕第二钻杆16b的下端。

在此时，第二钻杆16b可以被拧入至第一钻杆16a中。具体地说，第二钻杆16b的带螺纹销接端可以被插入第一钻杆16a的内部带螺纹套接端并且相对于所述套接端旋转。一旦钻杆16a、16b连接在一起，就可以通过打开钻杆夹紧装置30从而将所述钻杆导向器分离成对称两半130、132来松脱第一钻杆16a。

夹块126和导向构件130可以被构造来在钻杆导向器30和钻杆夹紧装置40被打开和闭合时协调一致地移动，并且夹块128和导向构件132可以被构造来在此时协调一致地移动。例如，导向构件130、132可以分别固定地连接至夹块126、128。具体地说，为了夹持钻杆16a，夹块126和导向构件130可以朝向钻杆16a协调一致地移动，并且夹块128和导向构件132可以朝向钻杆16a协调一致地移动。此外，为了松脱所述夹持并且因此允许钻柱14进一步钻入地层中，夹块126和导向构件130可以协调一致地远离钻杆16a移动，并且夹块128和导向构件132可以协调一致地远离钻杆16a移动。

根据本文的公开内容，应理解钻杆导向器130的内表面与夹块126的内表面是同心的。类似地，导向构件132的内表面与夹块128的内表面是同心的。通过与夹块126、128同心，导向构件130、132可以确保钻杆正确地对准。

在一个或多个实现方式中，钻杆夹紧装置40可以进一步包括自动地打开和闭合钻杆夹紧装置40和钻杆导向器30的致动机构。例如，图7和图8示出用于打开和闭合钻杆夹紧装置40和钻杆导向器30的致动机构170的一个实现方式。如图7和图8中所示，致动机构170可以包括使第一夹块126和第二夹块128朝向和远离彼此枢转的联动系统。

具体地说，在致动机构170的圆筒172伸展和缩回时，第一联动件174和第二联动件176可以旋转并且引起枢轴178、180同时旋转。枢轴178、180的旋转可以引起将夹块126、128连接至枢轴178、180的联动臂182、184旋转，从而在打开构型（图8）与闭合构型（图7）之间枢转夹块126、128和导向构件130、132。

本发明因此可以在不脱离其精神或本质特征的情况下以其它特定形式来体现。所描述的实施方案应被认为在所有方面仅是说明性的而不是限制性的。本发明的范围因此是由所附权利要求而不是由前述描述来指示。在所述权利要求的等效物的含义和范围内的所有变化都将包含在所述权利要求的范围内。

Claims (27)

1.一种用于将第二钻杆与第一钻杆对准以便允许所述第二钻杆紧固至所述第一钻杆的钻杆导向器系统，所述钻杆导向器系统包括：

第一导向构件，其包括具有一个或多个细长开口的第二末端部分，所述开口被构造成容纳一个或多个紧固件以便在多个固定相对位置中的任何一个上将所述第一导向构件连接至一夹紧装置；以及

第二导向构件，其中所述第一导向构件和所述第二导向构件中的每一个包括具有第一内表面的第一末端部分和具有第二内表面的中间部分，其中所述第二导向构件被构造成相对于所述第一导向构件移动，并且其中所述第二导向构件包括具有一个或多个细长开口的第二末端部分，所述开口被构造成容纳一个或多个紧固件以便在多个固定相对位置中的任何一个上将所述第二导向构件连接至所述夹紧装置；

其中

当所述第一导向构件和第二导向构件邻接在一起呈闭合构型时，所述第一导向构件和第二导向构件两者的所述中间部分的第二内表面形成圆柱形内表面；

其中当所述第一导向构件和第二导向构件邻接在一起呈闭合构型时，所述第一导向构件和第二导向构件两者的所述第一末端部分的第一内表面形成截头-圆锥形内表面；以及

其中所述截头-圆锥形内表面被构造成将所述第二钻杆导向至圆柱形段中以便将所述第一钻杆和第二钻杆两者的轴对准。

2.如权利要求1所述的钻杆导向器系统，其中所述第一导向构件和第二导向构件两者的所述第一末端部分的第一内表面远离所述第一导向构件和第二导向构件两者的所述中间部分径向向外地并轴向地延伸。

3.如权利要求1所述的钻杆导向器系统，其中当邻接在一起时，所述第一导向构件和第二导向构件两者的所述中间部分呈管状形状。

4.如权利要求1所述的钻杆导向器系统，其中所述第一导向构件和第二导向构件形成蛤壳式构型。

5.如权利要求4所述的钻杆导向器系统，其中所述第一导向构件和第二导向构件形成蛤壳式构型的对称两半。

6.如权利要求1所述的钻杆导向器系统，其中所述第一导向构件的所述中间部分包括窗口，所述窗口被构造成允许使用者在所述第一导向构件和第二导向构件邻接在一起时，观察定位在所述第一导向构件和第二导向构件内的一个或多个钻杆。

7.如权利要求1所述的钻杆导向器系统，进一步包括紧固至所述第一导向构件的外表面的第一角撑板。

8.如权利要求7所述的钻杆导向器系统，进一步包括紧固至所述第二导向构件的外表面的第二角撑板。

9.如权利要求1所述的钻杆导向器系统，其中所述夹紧装置包括：

第一夹块，联接至所述第一导向构件；

第二夹块，联接至所述第二导向构件，其中所述第一夹块和所述第二夹块被构造成在一打开构型与所述闭合构型之间移动，并且其中所述第一夹块和第二夹块被设置大小并构造成当处于所述闭合构型时夹持所述第一钻杆。

10.如权利要求9所述的钻杆导向器系统，其中所述夹紧装置进一步包括用于在所述打开构型与所述闭合构型之间自动地移动所述第一夹块和第二夹块的致动机构。

11.如权利要求10所述的钻杆导向器系统，其中所述致动机构包括使所述第一夹块和第二夹块朝向和远离彼此枢转的联动系统。

12.如权利要求1所述的钻杆导向器系统，其中所述第一导向构件和第二导向构件形成钻杆导向器的对称两半。

13.如权利要求9所述的钻杆导向器系统，其中所述圆柱形段被构造成当所述第一夹块和第二夹块处于所述闭合构型时与所述第一钻杆同心。

14.一种用于将第二钻杆与第一钻杆对准以便允许所述第二钻杆紧固至所述第一钻杆的钻杆夹紧装置，所述钻杆夹紧装置包括：

第一夹块；

第二夹块，所述第一夹块和第二夹块被构造成在打开构型与闭合构型之间移动，其中所述第一夹块和第二夹块被设置大小并构造成当处于所述闭合构型时夹持所述第一钻杆；以及

钻杆导向器，其包括联接至所述第一夹块的第一导向构件和联接至所述第二夹块的第二导向构件；

其中

当所述第一夹块和第二夹块处于所述闭合构型时，所述第一导向构件和第二导向构件形成限定一个或多个窗口的圆柱形段，所述圆柱形段被设置大小并构造成当处于所述闭合构型时围绕所述第一钻杆，并且

其中当所述第一夹块和第二夹块处于所述闭合构型时，所述第一导向构件和第二导向构件形成截头-圆锥形段，所述截头-圆锥形段被设置大小并构造成将所述第二钻杆导向至所述圆柱形段中以便将所述第一钻杆和第二钻杆两者的轴对准。

15.如权利要求14所述的钻杆夹紧装置，进一步包括用于在所述打开构型与所述闭合构型之间自动地移动所述第一夹块和第二夹块的致动机构。

16.如权利要求15所述的钻杆夹紧装置，其中所述致动机构包括使所述第一夹块和第二夹块朝向和远离彼此枢转的联动系统。

17.如权利要求14所述的钻杆夹紧装置，其中所述第一导向构件和第二导向构件形成所述钻杆导向器的对称两半。

18.如权利要求14所述的钻杆夹紧装置，其中所述钻杆导向器的所述圆柱形段被构造成当所述第一夹块和第二夹块处于所述闭合构型时与所述第一钻杆同心。

19.如权利要求14所述的钻杆夹紧装置，进一步包括固定至所述钻杆导向器的外表面的一个或多个角撑板。

20.一种用于将第二钻杆与第一钻杆对准并且连接的钻井系统，所述钻井系统包括：

井架；

钻头，其联接至所述井架；

钻杆夹紧装置，其联接至所述井架，所述钻杆夹紧装置被构造成用来夹持所述第一钻杆；

钻杆导向器，其联接至所述钻杆夹紧装置，所述钻杆导向器包括圆柱形段和锥形段；以及

用于在打开构型与闭合构型之间自动地移动所述钻杆夹紧装置和所述钻杆导向器的致动机构；

其中

所述圆柱形段被构造成当被所述钻杆夹紧装置夹持时围绕所述第一钻杆，并且

其中所述锥形段被构造成将第二钻杆导向至所述圆柱形段中以便将所述第二钻杆与所述第一钻杆对准。

21.如权利要求20所述的钻井系统，其中所述钻杆导向器包括：

第一导向构件，其包括第一末端和中间部分；以及

第二导向构件，其包括第一末端部分和中间部分，所述第二导向构件被构造成相对于所述第一导向构件移动；

其中

当所述第一导向构件和第二导向构件邻接在一起时，所述第一导向构件和第二导向构件两者的所述中间部分的内表面形成所述圆柱形段；并且

其中当所述第一导向构件和第二导向构件邻接在一起时，所述第一导向构件和第二导向构件两者的所述第一末端部分的内表面形成所述锥形段。

22.如权利要求21所述的钻井系统，其中所述第一导向构件和第二导向构件形成所述钻杆导向器的对称两半。

23.如权利要求20所述的钻井系统，其中所述圆柱形段包括窗口，所述窗口被构造成允许使用者观察定位在所述钻杆导向器内的所述第一钻杆和第二钻杆。

24.一种用于将第二钻杆与第一钻杆对准的方法，所述方法包括：

设置钻杆夹紧装置，所述钻杆夹紧装置包括：

第一夹块；

第二夹块，所述第一夹块和第二夹块被构造成在打开构型与闭合构型之间移动，其中所述第一夹块和第二夹块被设置大小并构造成当处于所述闭合构型时夹持所述第一钻杆；

钻杆导向器，其包括联接至所述第一夹块的第一导向构件和联接至所述第二夹块的第二导向构件；以及

用于在所述打开构型与所述闭合构型之间自动地移动所述第一夹块和第二夹块的致动机构，其中所述致动机构包括使所述第一夹块和第二夹块朝向和远离彼此枢转的联动系统；

其中当所述第一夹块和第二夹块处于所述闭合构型时，所述第一导向构件和第二导向构件形成圆柱形段，所述圆柱形段被设置大小并构造成当处于所述闭合构型时围绕所述第一钻杆，并且其中当所述第一夹块和第二夹块处于所述闭合构型时，所述第一导向构件和第二导向构件形成截头-圆锥形段，所述截头-圆锥形段被设置大小并构造成将所述第二钻杆导向至所述圆柱形段中以便将所述第一钻杆和第二钻杆两者的轴对准；

夹紧所述第一钻杆的上端；

以所述圆柱形段同心地围绕所述第一钻杆的所述上端；

将所述第二钻杆的下端定位在所述钻杆导向器的所述截头-圆锥形段中；以及

朝向所述第一钻杆降低所述第二钻杆，以使得所述钻杆导向器的所述截头-圆锥形段将所述第二钻杆的所述下端引导至所述圆柱形段中并且与所述第一钻杆对准。

25.如权利要求24所述的方法，进一步包括将所述第二钻杆拧紧至所述第一钻杆。

26.如权利要求24所述的方法，进一步包括通过使所述致动装置移动至所述打开构型从而将所述钻杆导向器分离成对称两半来松脱所述第一钻杆。

27.如权利要求24所述的方法，其中以钻杆导向器的圆柱形段同心地围绕所述第一钻杆的所述上端包括使所述第一夹块和第二夹块闭合成所述闭合构型。