CN104246113A - 定位系统和用于自动对准和连接部件的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于对部件进行对准和连接的系统，该系统包括支撑结构和连接到该支撑结构上的测量装置。测量装置被可操作地设置成相对于第二管件空间分析第一管件，从而计算出两管件之间的调整向量。对准装置连接到支撑结构上，与测量装置保持数据通讯。该对准装置包括多个可操作地并联布置的致动器，用于使第一或第二管件中的至少一个相对于另一个移动，从而可根据调整向量同轴布置第一和第二管件。连接装置连接到支撑结构上，并可操作地被设置成将第一和第二管件连接在一起。

Description

定位系统和用于自动对准和连接部件的方法

相关申请的交叉参考

本申请请求享有美国专利申请13/315591的权益，该美国专利申请的申请日为2011年12月9日，该美国专利申请的全部内容引入文中作为参考。

背景技术

由于缺少随时间流逝而长时间有效且成本有效的替换方法，通常采用螺纹连接方式组装管件和井下管柱。例如，在目前的井下管件焊接操作过程中，每次焊接之后必须至少局部地拆卸掉焊接装置，这样会延迟管柱组装操作大量时间。部件之间采用螺纹连接方式尽管通常会节省组装时间，但是与焊接相比，随着时间推移质量会更容易降低，例如，这样会损害在先的流体密封连接件。对于这两种类型的连接方式而言，由于管件在连接之前不能被精确对准(如，轴向、径向、旋转方向等)，因此这两种类型的连接方式中出现的问题会加剧。因此，能提高管件之间的连接质量、节省安装时间和成本等方面的一些改进深受欢迎。

发明内容

本发明提供了一种用于对部件进行对准和连接的系统，该系统包括支撑结构、测量装置、对准装置和连接装置。所述测量装置连接到该支撑结构上，并被可操作地设置成相对于第二管件空间分析第一管件，从而确定两管件之间的调整向量。对准装置连接到支撑结构上，与测量装置保持数据通讯。该对准装置包括多个可操作地并联布置的致动器，用于使第一管件或第二管件中的至少一个相对于另一个移动，从而可根据调整向量同轴布置第一管件和第二管件。所述连接装置连接到支撑结构上，并可操作地被设置成将第一管件和第二管件连接在一起。

本发明提供了一种用于使部件对准的系统，其包括支撑结构、测量装置和对准装置。所述测量装置连接到支撑结构上，并被可操作地设置成相对于第二管件空间分析第一管件，从而确定两管件之间的调整向量。所述对准装置连接到支撑结构上，与测量装置保持数据通讯，该对准装置包括多个可操作地并联布置的致动器，用于使第一管件相对于第二管件移动，从而可根据调整向量同轴布置第一管件和第二管件；其中，所述支撑结构靠近井筒布置，该系统可操作地被设置成将第一管件和第二管件引导到井筒中。

附图说明

下面的描述绝不应认为是限制性的。请参照附图，附图中的类似元件用类似标记表示，附图如下：

图1示出了文中所述的系统，该系统用于对准和连接两个部件；

图2示意性示出了第一管件和第二管件之间的不对准状况；

图3示出了图1中的系统的截面图；

图4示出了通过测量系统的收发器来对两管件进行空间分析；

图5示出了根据最佳匹配对两个不理想的管件进行对准；

图6A和6B示出了处理装置与管件对准以进行处理；

图7-11示出了文中所述的用于对准两管件的系统的不同实施例。

具体实施方式

在此将参照附图详细描述所公开的装置和方法的一个或更多个实施例，下面的详细描述内容用于示例说明，而非限制性的。

现在参照图1，示出了一种对准和连接系统10。图1中所示的该系统10包括底座12，例如，底座固定不动地安装到钻井场所的钻台上或被安装成作为钻台的部件。可供选择地，底座12可位于其他一些位置上，用于将管件或其他部件连接在一起，井筒的布置方位可以是水平、竖直或任何其他方位，等等。

在底座12容装对准装置14的情况下，在该所示的实施例中，对准装置14包括操作机架15，操作机架通过多个定位致动器16固定到底座12上。机架15和底座12例如是系统10的支撑结构。致动器16被设置成可让机架15相对于底座12相对运动。致动器16可以是液压式、气动式、磁力式、电动式、机械式等类型，或者可以是上述类型的任意组合类型，如电磁式、液压机械式等类型。例如，在一个实施例中，每个致动器16均是通过万向接头固定到底座12和机架15上的液压缸。在该所示的实施例中，设置有6个致动器16(图中有一个致动器是隐藏的)，有三个致动器设置在底座12和机架15的一端处，有三个致动器设置在底座12和机架15的相对端处。当然，在其他实施例中，可以包括任何其他数量的致动器16，以使对准装置14足够精确(例如，机架15相对于底座12足够精确地运动)且使对准装置14(和/或机架15)相对于底座12达到足够的刚性。另外，可以包括加强件和阻尼器(如，弹簧、液压装置、气动装置、板、杆、棒等)，用于调整系统10的所需的静态和动态性能。

通过使用系统10，可使第一管件18a和第二管件18b对准并连接在一起。例如，在一个实施例中，管件18b通过夹紧机构20被固定不动地固定到操作机架15上，管件18a通过合适的夹紧机构以及与井壁之间的摩擦等相对于底座12被固定不动地固定。以这种方式，管件18a实质上起到其他操作(例如，使管件18a与管件18b对准)的参照物的作用。夹紧机构20例如可以被设置成由于至少一个夹紧致动器23的作用而将径向压缩力、摩擦力等施加在管件18b上。所述夹紧致动器23可以是任何合适类型的致动器，如液压缸。管件18a和18b采用的结构形式通常为管道、管路、底部钻具组合、任何其他基本为管状或轴向突伸的结构、或上述结构的部件、或其他相应部件(不论其截面形状、旋转对称性如何)等。

在图2中，示意性示出了系统10，系统10的管件18a的轴线22a与管件18b的轴线22b不重合。由于机架15被夹紧到管件18b上，因此，在该所示的实施例中，机架15绕轴线22b同中心布置。但是，在另一实施例中，例如，操作机架15和第二管件18b的轴线可相互偏置预定角度或合适角度并以此角度将两者锁定，这样就能更好地适应井筒24的曲率，其中，管件18a和18b插入该井筒24中。例如，操作机架15和第二管件18b的轴线可相互偏置一定角度，该偏置角度为0至10度。因此，例如通过定位致动器16移动机架15，还可调整管件18b相对于管件18a的方位。请注意，轴线22a和22b之间的上述偏置量仅用于阐释和说明，实际偏置量可更小或更大。

在图2示意性所示的实施例中，对准装置14位于井筒24之上，从而，当由管件18a和18b以及其他部件构成的管柱逐渐插入井筒24中时，能有效地对准和连接管件18a和18b。当然，系统10能被定位在钻台上，位于井筒上方与井筒相隔一定距离，因此，井筒24也代表一种穿过钻台的孔眼，等等。在图2所示的实施例中，管件18a局部插入到井筒24中，相对于井筒24、钻台和/或底座12被夹紧、支撑、容装或固定。通过利用夹紧机构20将管件18b固定到机架15上，这样，机架15沿轴线22b的同轴运动将会改变管件18b的方位，从而能让管件18a和18b对准。可以理解到，在其他实施例中，管件18a可相对于管件18b移动，或者，两者能相对彼此运动，只要管件18a和18b之间能进行相对运动即可。在其他实施例中，对准装置14可定位在任何其他合适的位置上或任何其他方位上(如，水平或竖直方位等)。也能理解到，管件18b在至少局部插入到井筒24中之后就与管件18a相类似，这样新部件就能与管件18b的相对端对准并连接到该相对端上，之后，根据需要可重复执行该过程。

通常，致动器16形成用于所述对准装置14的并联运动系统或并联-串联混合运动系统。也就是说，例如，并联运动系统使用多个能同步工作的致动器，例如，可根据每个致动器的平均运动改变所需部件的方位和/或位置，这与串联运动系统不同，在串联运动系统中，例如，串联布置的致动器的运动组合在一起以使所需部件进行运动。可将致动器16布置成让机架15相对于底座12运动，从而使管件18b相对于所述底座进行相对运动，并从而相对于管件18a进行相对运动，这种相对运动具有六个自由度，例如，沿三个垂直布置的坐标轴(如，x，y和z轴)运动的三个自由度、以及绕每个坐标轴旋转的三个转动自由度(如，θ_x，θ_y，θ_z；α，β，γ；或其他表示符号)。

图3中示出了系统10的更详细实施例，在该实施例中，系统10还包括可滑动地和/或可旋转地安装在机架15内的组件26。任何这种可旋转或可滑动的元件可包括合适的锁定机构，如，机械式、电动式、液压式、磁作用式或其他类型的锁定件。组件26的运动方向是沿着以及围绕机架15和管件18b的共同轴线22b。组件26包括测量装置28，该测量装置用于分析管件18a和18b的相邻端以对准和连接它们。如下面更详细描述，组件26可包括其他机构，如处理装置30、连接装置32、操作工具34等。

起初，例如通过操作工具34将管件18b输送到管件18a，通过夹紧机构20将管件18b固定到机架15上，之后，通过测量装置18对管件18a和18b的相应端进行空间分析。即，测定管件18a和18b相对于彼此和/或相对于参照物(如，如下所指的轴线22b)的位置、尺寸、形状、方位等。如图3和4中的实施例所示，测量装置28采用收发器36的形式，收发器36通过支撑框38容装。当然，可使用单独的发射器(如，激光二极管)和接收器(如，光敏元件)。可供选择地，在其他实施例中，数字影像相机或一些其他测量装置可替代收发器36。如图3的实施例中示意性所示，收发器36被构造成向例如激光扫描仪40发出信号，并接收通过激光扫描仪40横扫第一和第二管件18a、18b所产生的相应信号，以让收发器检测管件18a和18b的位置和方位。

支撑框38例如可绕轴线22b旋转，从而可让收发器36能绕管件18a和18b之间的交界面在360度的范围内扫描。从而，采用多个绕管件18a和18b之间的交界面整个圆周的二维读数，可大体上获得管件的三维模型。有益地，这样能对任何截面形状进行分析，在收发器36绕管件18a和18b进行单轨道旋转期间，能同时测量两管件。另外的传感器或收发器能安装在支撑框38上(以备备用或产生冗余)，以使得误差最小化等作用。可供选择地，请注意，在管件18b例如通过夹紧机构20可旋转时，收发器36或其他传感器可保持固定不动。

将收发器36固定不动地固定到支撑框38上，记录支撑框38的旋转角(例如，通过检测控制支撑框38的旋转的致动器)，从而，收发器36总是相对于轴线22b处于已知位置上，如图4中的参考向量r所示。将参考向量r与管件18a的扫描位置、形状、尺寸和方位进行比较，可计算出校正或调整向量。例如，可计算出对应于支撑框38的每个旋转位置的向量分量v(如图4所示)，最终编辑这些向量分量v并进行求和计算，或可供选择地，在分析了所有测量数据之后能得出一个调整向量。在任何情况下，图4的实例中的管件18a和18b的截面形状为波状，收发器36将能检测出该波状截面。管件18b响应于所计算出的调整向量进行合适的旋转和运动，从而使管件18a和18b相互对准。

所述调整向量然后可作为指令被传输给对准装置14，从而，例如通过并联致动定位致动器16而使管件18b与管件18a的轴线22a对准。例如，对准装置28可包括任何所需的计算机部件(如，RAM、ROM、硬盘驱动器或其他数据存储介质、处理器、运算单元或其他逻辑单元、有线或无线通信设备等)或与这些所需的计算机部件进行数据通讯。

由于管件18a和18b的几何结构不可能是理想的，因此，还可将每个调整向量v计算成最佳匹配或适配向量，包括与管件18a和18b的各种缺陷(例如，椭圆度、曲率、非对称性等)匹配。例如，图5夸张地示出了管件18a和18b的异常状况，即，曲率和椭圆度异常。分别示出了管件18a和18b的理想几何结构42a和42b，系统10努力复制这种理想几何结构。例如，测量装置28首先分析管件18a和18b之间的交界面。然后，相互比较管件18a和18b的相对位置和/或将管件18a和18b的相对位置与理想几何结构42a和42b进行比较。然后，计算出调整向量或校正向量v(如，包括界定六个自由度的变量x，y，z，α，β，γ)。然后将调整向量v传送给包括致动器16的对准装置14以让管件18a和18b轴向对准，然后使管件18a旋转以最佳匹配两管件18a和18b共有的任何椭圆度、曲率等，如图5的右手侧所示，从而获得合适的交界面以使两管件连接。

在测量和对准之后，例如通过使用连接装置30连接两管件18a和18b。在一个实施例中，连接装置30是焊接工具，用于在两管件18a和18b之间的交界面处形成焊缝。焊接工具可使用任何所需的焊接技术，如，电子束、压力焊接等。夹紧机构20和/或致动器16可被致动以在焊接期间使管件18b牢固地抵接管件18a。以这种方式，夹紧机构20可采用串行致动器，在定位致动器16起初并联运行以如上详细所述那样使管件18b与管件18a对准之后，该串行致动器能让管件18a和18b的端部匹配地接合。在装置30是焊接工具的实施例中，操作工具34上可包括一对密封件44，用于密封管件18a和18b之间的交界面，从而，通过形成真空或保护性气室等而有助于焊接过程。

在其他实施例中，管件能采用其他方式(如，通过螺纹连接方式)连接。在这类实施例中，上述椭圆度和曲率不那么重要，因为之后管件将要发生相对运动以被拧紧在一起。在这类实施例中，连接装置30能包括夹紧装置或其他径向支撑件，以有助于将管件18b与管件18a拧紧在一起。鉴于此，请注意，夹紧机构20能暂时释放管件18b，以让连接装置30运行，夹紧机构20可以协同连接装置30一起绕轴线22b旋转，夹紧机构20可以不通过使用组件30而绕轴线22b旋转，等等。另外，当定位致动器16并联布置时，能使用这些致动器将高转矩传递给管件18b，从而，例如可让夹紧机构20和/或连接装置30最大程度地将管件18a和18b拧紧，定位致动器16将施加最终的高转矩，以满足管件在插入井筒之前被牢固地固定在一起的需要。

在通过连接装置30进行连接之前，在某些实施例中包括处理装置32以首先处理管件18a和/或18b。例如，处理装置32包括安装在支撑框38上的工具46。工具46包括任何合适的切削、研磨、钻进、车削、磨削、锯削装置或其他装置，用于准备管件表面、拆卸固定在一起的管件、加工部件、抛光部件的表面等。工具46还可包括或另外具有一些工具，用于熔焊、铜焊、粘合、粘结、或者以其他方式将一些部件(如，井底钻具组合的部件)附装到管件18a和18b上。可包括多个工具，用于同时处理通过凸轮结构被单独控制或同步控制的部件。可使用工具46进行如下操作：磨平、清洁、显示轮廓、重新整形或以其他方式准备管件18a和18b以进行焊接；在焊接之后去除掉径向伸出的多余材料；切掉管件18a和18b的端部露出新表面以进行连接；攻螺纹、修整或以其他方式在管件18a和18b上形成螺纹，等等。使用支撑框48而使工具46在x、y或z方向上平移或绕所述方向旋转，从而使所述工具与管件18a和/或18b对准。有益地，使组件26的处理装置部件容装在机架15中，可如上述那样让对准装置14来对准处理装置32。即，如图6A和6B所示，沿轴线22b固定处理装置32，然后使轴线22b与轴线22a对准，从而可让工具46与管件18a和18b对准，这样就能更准确地切削。另外，将能意识到，例如，在响应于紧急情况或严酷的天气条件等状况而自动拆卸管线或钻柱的过程中，还可使用处理装置32切削已有的焊缝或连接部分。由于使用测量装置28，因此还请注意，通过将管件18a和18b的测定位置、方位等信息传递给处理装置32，处理机器可处理旋转对称和非旋转对称部件。

在某些实施例中，在测量和对准之前可通过处理装置32进行处理，在其他实施例中，可在测量和对准之后通过处理装置32进行处理。在另一实施例中，管件18a和18b可通过测量装置28而被分析，通过对准装置14而被轴向对准，通过处理装置32而被处理，然后对它们进行再分析和再对准以适应处理过程引起的任何改变。尽管起初通过钻台缆索或类似构件将管件18b传输到管件18a上，但是，测量装置28可保持固定不动而不绕管件18a和18b旋转，以进行预对准或让管件18b相对靠近管件18a一些(如，在管件18a的可接受的范围内)。一旦被预对准，就能如上所述那样进行充分测量。请注意，在不同实施例中，通常可根据需要重复文中所述的步骤、或交换这些步骤的次序，等等。例如，甚至在连接之后，可通过测量装置28分析管件，如果出现不良焊接或不良螺纹连接等而导致的错误，可通过处理装置32分离管件。有益地，文中所述的实施例可让用于对准和连接管件的系统定制化、可重复、完全或局部自动化，从而可使得安装过程更高效，通过让工作人员远离重型设备和移动工具等而提高安全性。

在图7的实施例中，示出了系统110。系统110中的许多元件与系统10中的元件相似，因此，这些相似元件用相同标记表示，但是系统110中的对应相似元件的标记前面增加了数字“1”(即，“100”加上基础标记数字之值)。前面对具有相同标记但该标记前面没有数字“1”的元件的描述同样适用于其标记前面增加了数字“1”的相应元件，除非另有说明。系统110包括夹紧机构120a和120b，图中示出它们为虎钳夹结构，但是，可采用其他夹紧机构。与上述实施例中的夹紧机构20类似的是，用于管件18b的夹紧机构120b设置在机架115中。用于管件18a的夹紧机构120a位于底座112包括的底板113中，该底板例如为位于井筒上方的钻台的部件。

图8中示出了系统210，系统210与上述系统10和110基本相似。系统110中，与上述实施例的元件相似的相应元件赋予相同的基础数字标记，但是标记前面增加了数字“2”(即，200加上基础数字之值)。前面对具有相同基础数字标记但标记前面没有数字“2”的元件的描述同样适用于具有相同基础数字标记且标记前面具有数字“2”的元件，除非另有说明，因此在此不再重复对其进行描述。系统210包括对准装置214，该对准装置包括第一机架部分215a和第二机架部分215b。第一机架部分215a与上述机架115基本相似之处在于，其通过多个定位致动器216可移动地固定到底座212上。第一机架部分215a例如可包括组件26或组件26的任何装置(如，测量装置28、对准装置30和连接装置32等)。第二机架部分215b包括夹紧机构220b，并通过设置在机架部分215a和215b之间的至少一个附加致动器217可独立地移动。致动器217例如与致动器216串行地布置，使系统210是混合运动系统。有益地，通过将夹紧机构220b布置在机架部分215b上，将其他元件和/或装置(如，组件26、测量装置28、对准装置30、连接装置32等)布置在另一机架部分215a上，管件18b可通过致动器217纵向移动，而不会妨碍其他元件和装置的布置。为了达到上述优点，机架部分215a和215b均可沿轴线24b被固定不动地对准，仅致动器217沿轴线24b在机架部分215a和215b之间相对运动。以这种方式，能如上所述那样可旋转地轴向对准管件18b；然后，在致动器216的帮助下或不在致动器216的帮助下，通过使用致动器217朝管件18a推压管件18b，从而可进行焊接或其他连接。

在图9的实施例中，示出了系统310。在该系统中，与上述实施例的元件相似的相应元件赋予相同的基础数字标记，但是标记前面增加了数字“3”(即，300加上基础数字之值)。前面对具有相同基础数字标记但标记前面没有数字“3”的元件的描述同样适用于具有相同基础数字标记且标记前面具有数字“3”的元件，除非另有说明，因此在此不再重复对其进行描述。与系统210相似，系统310的机架315包括第一机架部分315a和第二机架部分315b。第一机架部分315a通过多个并联致动器316连接到底座312上。在该所示的实施例中，设置有六个致动器316。与上述实施例不同的是，致动器316仅连接到机架315和底座312的一端处，该端与相对端相对。系统310中的另一致动器317采用旋转驱动件的形式，用于将第二机架部分315b可旋转地连接到第一机架部分315a上。夹紧器320b包括在机架部分315b中，从而，旋转驱动件317的致动能让管件18b相对于管件18a旋转。因此，致动器317与致动器316串行布置，从而，系统310是混合运动系统。组件326(如，包括装置28、30、32等装置中的任一装置或所有装置)包括在管件18a和18b之间，以如前述那样进行测量、分析、处理、连接等。组件326可连接到机架部分315b上，被单独控制，等等。

在图10的实施例中，示出了系统410。在系统410中，与上述实施例的元件相似的相应元件赋予相同的基础数字标记，但是标记前面增加了数字“4”(即，400加上基础数字之值)。前面对具有相同基础数字标记但标记前面没有数字“4”的元件的描述同样适用于具有相同基础数字标记且标记前面具有数字“4”的元件，除非另有说明，因此在此不再重复对其进行描述。与系统310相似，系统410包括多个并联致动器，它们仅位于底座412和机架415的一端处。但是，在系统410中不包括旋转驱动件，例如仅通过致动器416控制管件18a和18b之间的相对旋转运动。组件426(如，包括装置28、30、32等装置中的任一装置或所有装置)可连接到机架415上，可被单独控制，等等。

图11所示的实施例中提供了系统60，该实施例初看与前述实施例不相似。具体而言，系统60是混合运动系统的实例。但是，可明显看出，系统60与上述实施例具有许多相似之处，具有上述实施例的一些优点。系统60包括第一组致动器62和第二组致动器64。每个致动器64均与致动器62之一连接(有一个致动器62在图中是隐藏的)。第一组致动器62与第二组致动器64串行布置，而第二组致动器64之间相互并联布置。例如，在导轨或滑动器66处，每个第一致动器62均连接到一个第二致动器64的一端上。导轨66和致动器62例如固定到底座68上，该底座例如位于防喷器70、井筒等上方或邻近所述防喷器或井筒。

该系统包括多个夹紧装置72，用于将每个致动器64连接到管件18b上。请注意，不存在所示的各个机架15、15a和15b中的在外部纵向伸展的支撑梁和其他框架结构，系统60直接被夹紧到管件18b上，从而能保持每个夹紧装置72与管件18b同轴布置。由于包括组件74(如，包括测量装置28、连接装置30、处理装置32等)且将组件74固定到一个夹紧装置72上，因此，当组件74(组件74以及所有合适装置)与管件18b对准以进行处理、测量和连接等操作时，能达到与上述相同的优点。另外，鉴于前述内容，请注意，例如，合适地固定致动器62和导轨66以让至少一些致动器62的致动方向不与其他致动器62平行，并使夹紧装置72至少可局部旋转，从而能达到六个自由度。

根据图11中的系统60，可看出其他特征和优点。即，系统60包括用于管件18a的可旋转的夹紧机构76。可旋转的夹紧机构76例如包含在防喷器70中。本领域的普通技术人员将能意识到，用于管件18a的上述夹紧器(如，夹紧器120a、220a、320a、420a等)均可进行类似改进而使它们均可旋转，如，包括类似于机构76(或驱动件317等)的机构。可旋转的夹紧机构76可让管件18a(其至少局部插入到井筒或连接到插入到井筒中的管柱上)与管件18b一起旋转。有益地，例如，这样可让管件18a和18b以相等速度同时旋转，以通过激光焊接、电子束焊接等处理方法将管件焊接在一起。机构76例如还可让管件18a和18b在相对方向上或以不同速度旋转，例如，一个高速旋转、另一个低速旋转，从而可更高效地进行摩擦焊接或将管件18a和18b拧紧在一起。管件18a在连接期间进行旋转可减小包括管件18a的井筒管柱的压差卡钻，提高钻探期间井底岩屑的输送速度、减小或消除钻探或管柱安装过程和连接过程之间的干扰。通过牢固地夹紧管件18a的端部，在管柱18a的旋转期间将井下管柱连接到管件18a上所引起的任何挠曲、变形和弯曲等将不会影响管件18a的端部，从而能进行对准和连接操作。在另一实例中，上述装置(如，测量装置28、处理装置30和/或连接装置32)能在与管件18a和18b的旋转方向相对的方向上旋转，从而，甚至能进一步提高管件18a和18b的分析、准备、处理或连接过程的速度。

尽管已经参照某典型实施例或某些典型实施例描述了本发明，但是，本领域的普通技术人员将能理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变，可用等同结构替换相应元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，根据本发明提供的相关技术知识，可进行许多改进以适应特定状况或材料。因此，本发明并不局限于在此公开的以最佳方式实施本发明的具体实施例，但是本发明将包括落入权利要求范围内的所有实施例。另外，在附图和说明书中，已经公开了本发明的典型实施例，尽管使用了特定术语，但是这些特定术语仅具有一般的说明意义，并没有限制意义，除非另有说明；因此，本发明的范围并不受限制。另外，使用的术语“第一”、“第二”等并不表示任何次序和重要性，仅用于将一个元件与另一元件区分开。另外，所使用的不定冠词等并不限制数量，仅表示存在至少一个所涉及到的元素。

Claims (28)

1.一种用于对部件进行对准和连接的系统，其包括： 

支撑结构； 

测量装置，该测量装置连接到支撑结构上，并被可操作地设置成相对于第二管件空间分析第一管件，从而确定两管件之间的调整向量； 

对准装置，该对准装置连接到支撑结构上，与测量装置保持数据通讯；该对准装置包括可操作地并联布置的多个致动器，用于使第一管件或第二管件中的至少一个相对于另一个移动，从而根据所述调整向量同轴布置第一管件和第二管件；以及 

连接装置，该连接装置连接到支撑结构上，并可操作地被设置成将第一管件和第二管件连接在一起。 

2.根据权利要求1的系统，其中，所述支撑结构是通过所述多个致动器可移动地固定到底座上的操作机架。 

3.根据权利要求2的系统，其中，第一管件固定到底座上，第二管件固定到操作机架上。 

4.根据权利要求2的系统，其中，第二管件固定不动地与操作机架同轴对准。 

5.根据权利要求2的系统，其中，固定不动地锁定第二管件而使操作机架的轴线和第二管件的轴线保持预定角度。 

6.根据权利要求1的系统，其中，所述测量装置、对准装置、连接装置或至少一个上述装置的组合装置可沿第二管件的轴线移动。 

7.根据权利要求1的系统，其中，所述支撑结构包括第一机架部分和第二机架部分，第一机架部分通过所述多个致动器固定到底座上，第二机架部分通过至少一个第二致动器固定到第一机架上。 

8.根据权利要求7的系统，其中，第一管件固定到底座上，第二管件固定到第二机架上。 

9.根据权利要求7的系统，其中，第一机架和第二机架同轴布置，第二致动器可沿共同轴线在第一机架和第二机架之间进行纵向运动。 

10.根据权利要求1的系统，其中，所述测量装置可绕第一管件和第二管件的交界面在外周旋转。 

11.根据权利要求1的系统，其中，所述测量装置包括发射器和接收器。 

12.根据权利要求11的系统，其中，发射器和接收器使用影像、光、激光或上述媒介的组合。 

13.根据权利要求1的系统，其中，调整向量包括六个变量。 

14.根据权利要求13的系统，其中，三个相互垂直的轴向尺寸以及三个分别绕三个轴向的旋转度界定所述六个变量。 

15.根据权利要求1的系统，其中，所述连接装置可旋转，以将第一管件和第二管件以螺纹方式固定在一起。 

16.根据权利要求1的系统，其中，所述连接装置包括焊接工具，用于将第一管件和第二管件焊接在一起。 

17.根据权利要求1的系统，还包括处理装置，用于加工第一管件和第二管件中的一个或两个。 

18.根据权利要求17的系统，其中，处理装置被可操作地设置成：准备第一管件和第二管件以进行焊接；焊接之后去除掉多余材料；切削第一管件和第二管件以进行拆卸；在第一管件和第二管件上形成螺纹；或进行包括至少一个上述操作的组合操作。 

19.根据权利要求17的系统，其中，处理装置被可操作地设置成将部件熔焊、铜焊或胶合到第一管件、第二管件上，或进行包括至少一个上述操作的组合操作。 

20.根据权利要求1的系统，其中，第一管件、第二管件或包括至少一个上述管件的组合件是井底钻具组合的部件。 

21.根据权利要求1的系统，其中，第一管件和第二管件也可通过对准装置被可旋转地对准。 

22.根据权利要求19的系统，其中，形成调整向量的过程包括：考虑第一管件和第二管件的截面形状、椭圆度、曲率或包括至少一个上述特性的综合性质，通过测量装置进行分析。 

23.根据权利要求1的系统，其中，测量装置、对准装置、连接装置可重复地、可按照任何次序地操作。 

24.根据权利要求1的系统，还包括至少一个串行致动器，其与多个并联布置的致动器串联连接。 

25.一种用于对准部件的系统，其包括： 

支撑结构； 

测量装置，该测量装置连接到支撑结构上，并被可操作地设置成相对于第二管件空间分析第一管件，从而确定两管件之间的调整向量；以及 

对准装置，该对准装置连接到支撑结构上，与测量装置保持数据通讯，该对准装置包括多个可操作地并联布置的致动器，用于使第一管件相对于第二管件移动，从而根据所述调整向量同轴布置第一管件和第二管件；其中，所述支撑结构靠近井筒布置，该系统可操作地被设置成将第一管件和第二管件引导到井筒中。 

26.根据权利要求25的系统，其中，第二管件是管柱的部件，该管柱在第一管件和第二管件的对准期间至少局部地插入井筒中。 

27.根据权利要求26的系统，其中，第二管件固定到可旋转机构上，以使第一管件和管柱在第一管件和第二管件的对准期间旋转。 

28.根据权利要求27的系统，其中，所述可旋转机构的旋转可操作地被设置成有助于在第一管件和第二管件的对准操作之后在第一管件和第二管件之间形成焊缝或螺纹连接。