CN105452594A - 小体积起吊装置 - Google Patents

Abstract

本发明主要在于提供一种单一出入、一次性操作、且小体积的钻管起吊装置(20),它包括了圆柱形的容置体(21),以支撑内部工具以及机构、一可旋转长轴(23),穿透了它的顶盖(24),并且驱动着内部机构。顶盖(24)在往下移动时,旋转着容置体(21),有两组的钥匙(32),分别地分配于容置体(21)内水平设置的孔内,注射筒状的润滑工具是穿越容置体(21)内的孔,并设置在容置体(21)的底部内、一圆柱形,具有四个切割出口的切割块(40)是设置在容置体(21)内,最后,则是设置了三个摄像头。起吊的操作由在钻管(22)内切割出二组孔洞开始、润滑该孔洞、使用钥匙、通过钥匙将钻管(22)向右/左、以及上/下推动、穿透油、以及将钻管(22)向上提拉。

Description

小体积起吊装置

技术领域

本发明是有关于在卡住的管子中将其抓起，并再由卡住的地方释放，尔后再由表面处予以收回的装置。

背景技术

由钻探队利用特殊工具或装置来由一个例如是钻柱(钻管)回复部的洞中，将设备或是其它对象因为失败了或是因为卡住了而从事的起吊程序是相当的昂贵、废时、复杂以及危险的过程，尤其是在一个并不有善以及高压力的环境下工作，这主要也提因为差压粘卡所造成的结果。用于油田内起吊技术的原始专利是由保迪娜(A.G.Bodine)公司于1961年获得的专利2,972,380，其中介绍了共振的概念，其主要是有效地消除机械阻抗的电抗，也因此可以导致有效的声波传送。使用三点工具的压力探测技术是在管体内找出一个特定的压力积高点，而电线技术则是用于寻找出上住点的所在位置。泥浆柱以及可渗透结构物间的压力差会对钻管，产生相当大的作用力，并实际地会将钻管贴到壁面上。将管体释放的力量直接地和压力差相关，并且会因为泥块的堆积而增加，因此，由于将卡住的钻管恢复需要遵循许多不同的程序，这也意谓着，晚一点恢复，就增加了它们之间的黏性。如果钻探工人无法成功地释放卡住的管子，就必须实施其它的补救措施；使用数桶油来在卡住处相对一侧处流动的探测程序，往往可以有效地润滑该区域，并释放卡住的管子。如果释放的程序失败了，应使用下列三种起吊装置中的一种来将管子释放：内部起吊工具、外部起吊工具以及液压以及冲击工具。大部份设计用于吊起圆管状对象(钻管)的起吊工具通常是矛(spear)以及龙头的变形，龙头基本上是为一锥形的工具，具有着螺纹。其是在当管体的最上端包括了一个内螺纹组件时，主要用于来和管体接触。一个较晚的专利名称为：用于抓住以及握持某些装置以及工具，诸如是打捞母锥的连接装置，是在1925年一月二十七日获得美国专利，专利号码为No.US1,524,265。这些工具主要的缺点是它们需要多次试验来吊起钻管，因为在龙头接触钻管时，除非实施安全措施，不然钻管仍无法恢复。而当钻管以相当高的黏力连结在一起时，就须要例如是液压冲击工具或是罐子类的工具来像槌子般的对在罐子下方卡住的钻管施力，就像美国专利：US5,411,107内所述的一般。只要有足够的振动能量来克服和卡住的管子(钻管)的摩擦力，则钻管就可以移动。振动技术可以达到90％的成功率，但是这仍受到了钻管长度的限制，由10到220公尺，这就意谓着它受到了井深的限制。

因此欲将卡住的钻管释放，并不一定要在第一次即成功，在许多不同的步骤中，需要使用到各种不同形式的程序以及工具，直到成功释放为止；这种作法在考虑到时间以及金钱时，是相当的昂贵的，即使某些装置自称其为单一工具(综合型工具)来执行所有释放卡住钻管的步骤或是程序，其是以单一进入孔洞(单一程序操作)的方式来操作，就如同在美国专利No.：US2,830,663；US2,090,616；US1,968,282；以及US5,810,410所描述的一般，但上述的专利中，没有一个可以达成：a-润滑；b-振动；c-以单一操作程序拉起钻管。

因此本发明的一个主要目的即是以单一进入操作的方式来执行所有释放钻管的必要程序，来润滑、振动(很少)以及拉回钻管。

发明内容

本发明在于提供一种单一进入，单一程序的小体积装置来在节省时间以及成本上安全地执行：在管体上钻孔、透过孔洞来润滑、通过孔洞来以钥匙来振动钻管，以及拉回钻管。

本装置包括了一容置体来支撑内部的工具以及机构、一个可旋转的长轴，其是穿透过容置体的上盖板，以及驱动内部机构。该盖板具有由其底面凸出的杆体，其是垂直地插入到在容置体上部所形成拱形槽内，而在该区域向下的方向上则是有两组的钥匙，每一组都是我们的钥匙，且设置在容置体本体内部水平的孔洞中，两组钥匙之间则是间隔了一段垂直距离；在两组钥匙下方的另一区域，注射筒状的润滑工具是设置在容置体本体内部的孔洞内。在容置体下部的下方，设置了一内部为圆柱形的切割块，其是具有四个切割出口，是通过容置体本体的孔洞方式来呈现。最后，三个具有照明设备的摄像头是设置在容置体的下方边缘处。起吊作业是在钻管内切割出二组的孔洞而开始、润滑该孔洞、使用钥匙、透过该钥匙将钻管向右/左、上/下推动，以穿透在钻管卡住侧后方的油、将钻管拉起。

附图说明

·图1：显示了整个装置外部形状的三维图。

·图2：显示了装置内部机构的三维图。

·图3(A，B)：显示了本装置内部机构的二个前视图。

·图4：显示了具有工具出口孔洞的装置容置体的三维图。

·图5：显示了蝴蝶钥匙接触机构以及上方盖板旋转机构的上视图。

·图6(A，B，C)：显示了在钻管内切割出第一组孔洞的三维图。

·图7(A，B，C，D)：显示了在钻管内第一组用于润滑之孔洞的三维图。

·图8：显示了第一组润滑用孔洞，且正在切割第二组孔洞的剖视图。

·图9：显示了第一组以及第二组孔洞穿透了钻管的三维图。

·图10：显示了在钻管切割刀向下移后，第二组润滑孔洞的剖视图。

·图11-(A，B)：显示了在将钻管更往下方移动后面对着第一组以及第二组润滑孔洞的剖视图。

·图12(A，B，C)：显示了蝴碟结合以及旋转以推出钥匙的上视图。

·图13(A，B，C，D)：显示了两组钥匙和钻管之切割孔洞结合。

·图14(A，B)：显示了盖板销的转动带动了钥匙在钻管切割的孔洞内向右、向左的转动。

具体实施方式

操作详细说明

为了能轻易地实施本发明，提供了一份，配合着图式，关于各部件的详细说明。由于每一部件具有许多不同的特点，因此藉由引述在零附件说明以及零附件号码列表处所加注的号码，因此可以轻易地阅读并了解。零附件号码的编排是序列式的，并由20开始；而一旦有一零附件的特征出现在本文中时，会直接的给定一个序列号码。例如在图1中，零附件特征是按序列的方式排列，由20到21，22，…。

操作/工具/机构的理论

在此机构20基本上指的是一种小体积，单一进入、单一程序的装置，因此，它可以单一程序下执行下列的程序：a-切割、b-润滑、c-振动(摇摆以释放钻管)、d-拉起。因此，至少机构的自由组应透过一支撑容置体21来操作，其应该是圆柱形，以便于进入到钻管22内部。这些机构的工具说明以及操作方法在经过下图式的说明后，将变得清晰：装置20(图1)的支撑用容置体21：圆柱形容置体21的外部形状显示了一旋转长轴23是穿透了容置体21的上盖板24，其中该长轴23亦同时接触着该盖板24。沿着该容置体21的外部向下，可见到其是区分成5个区域，由上方开始：

-a区：第一组方形孔洞25(有二组未显示)

-b区：第二组方形孔洞26(有二组未显示)

-c区：一组4个圆形孔洞(有二组未显示)

-d区：一组4个切割器28(有二组未显示)

-e区：一组3个照明摄像头29，其间具有120度的间隔(有二组未显示)

装置20的内部机构(图2-图5)：由上至下，可见到下列的工具、机构、孔洞：

旋转长轴23驱动着内部机构以及工具的旋转。旋转的盖板24是直接地并永久地和该长轴23接触，该盖板24具有4个杆体30向下凸出，每一个均位在一设置在容置体21上部的拱形槽31内，而每一个拱形槽31覆盖着容置体21圆形顶部约60°-75°。这意谓着长轴23的旋转带动着盖板24的旋转，而盖板24的旋转带动着杆体30的旋转，但杆体30在经过拱形槽31一段距离之前，并不会绕着整个容置体21旋转(图5)。第一组可水平移入，移出的矩形耐用金属钥匙32是滑动地设置在4个位在圆柱形容置体21本体内的方形孔洞25内。第一上方蝴蝶33是和长轴23相接触，并随之而旋转。第一组可水平移入，移出的矩形耐用金属钥匙32是滑动地设置在4个位在圆柱形容置体21本体内的矩形孔洞26内。第二下方蝴蝶34是由其中央孔来和长轴23相接触，其另一侧则是和4个活塞杆36的圆端35相接触，其在内部移动4个润滑的圆柱体37(图7)。润滑用圆柱体37的作用类似于注射筒，当下方蝴蝶34凸出端是朝向活塞杆36的圆端35而旋转时，活塞杆36迫使圆柱体37流出润滑剂，而一弹簧(未显示)会将活塞杆36复位，当下方蝴蝶34旋转其凸出端影响着活塞杆36的圆端35，此时，润滑剂则是由具有单向阀的润滑管来加以吸取，而那应该和每一个润滑圆柱体37的前方顶端相连结。和长轴23的下端相连接的液压活塞缸38底部是和长轴23的底端焊接，活塞杆36端是透过一可旋转的圆端(未在图式出显示)来和切割块40的上表面相接触，这也意谓着对这种润滑设置，会有两种不同的动作：

a-若长轴旋转，液压缸38亦会随之旋转，活塞杆36亦同，但既使切割块40是和活塞杆39相接触，切割块40也不会旋转，因为活塞杆39的尾端是可在切割块40内以传统方法在切割块40上表面制作出来的圆洞内自由地旋转，因此，旋转运动并没有传送到切割块40。

b-当活塞杆39由圆柱体38向外向下推出时，会把切割器28的块40向下方推送，由于切割器28的块40和容置体21焊接在一起，容置体21亦会被向下推动。

注意：液压邦、水槽...等均未显示。

4个切割器28一组是透过其孔洞水平地分布在容置体21本体上，这些切割器28(切割工具)可以是现行技艺中的任何一种切割工具，以便可将一部份的钻管切除，例如：化学切割器使用了含氢和氯的酸。

操作方法

操作方法应达成下列的步骤：a-切割、b-润滑、c-振动(摇摆以释放钻管)、d-拉起。在说明了卡住的钻管22后，说明卡住的部份，并由表面来量测其位置之步骤以释放卡住的钻管，应类似于下列的说明：

1-在卡位位置的中央切割出一组4个孔。

2-将装置21向下移动，而另一组的4个孔则是设置在钻管22内，此时，润滑机构润滑钻管22内的第一组洞。

3-对设置在钻管22内的第二组洞润滑。

4-透过8个洞，将两组钥匙32和钻管22接触。

5-将装置20的容置体向右以及左旋转，因此钥匙32向右以及左移动，并经过孔洞来撞击钻管22，这种重复的右左撞击是跟随着装置20的上/下、拉以及推，以将钥匙32移入，以撞击在钻管22内孔的上以及下方边缘。钻管222在摇摆后会发生振动，并向右/左、上/下移动，以可让润滑剂穿透钻管22，以及造成压力的物质。

6-钻管被释放，并且拉起。

上述的各步骤可以由下列小体积的起吊装置20来加以完成：

1-在钻管22内切割出第一组水平洞41(图6)：装置20朝向钻管22向下移动，依据量测结果以及照明摄像头29的因素，在控制室内，切割器28的位置是面向第一位置，而此位置则是在钻管22内切割并定义出洞的位置，之后则是启动切割工具。在钻管22内切割的洞41就如同在图6(B，C)中所示一般。

2-润滑第一组洞41，切割出第二组洞42(图7，8，9)：在完成了第一组洞的切割后，装置20向下移到润滑孔洞27，面对着钻管22内的第一组洞41，之后，长轴23转动，以使得下方蝴蝶旋转，并推动活塞杆36来迫使润滑剂由钻管22的洞41流出，润滑机构的工作之前已作解释，同时，在底部处，切割器28在钻管22内切割出第二组洞42。

注意：钻管22切割后留下的金属可以传统的方式在容置体内以磁性槽来吸引那些金属，并移除(未显示)。

3-润滑第二组洞41(图10)：装置20再往下移，直到润滑孔洞27面对着钻管22内的第二组洞42，润滑机构的工作之前已作解释。

4-将蝴蝶33，34和钥匙32相接触(图11)：在润滑结束后，有两种方式来让钥匙32面对钻管22内的切割洞41，42；而此处所选择的方式是将钥匙32向下移动以达成二个目的：a-让二组钥匙32的外侧面对着二组在钻管22内的洞41，42；b-让二组钥匙32的内侧和两个蝴蝶33，34接触。这可以藉由将具有钥匙32的容置体21相对于蝴蝶33，34以及钻管22的方式向下移来达成，这也意谓着将具有蝴蝶33，34固接于其上的长轴23保持不动，其后，则移动容置体21向下，这也会钥匙32随着容置体21而向下移，直到钥匙32和蝴蝶33，34接触，并同时面对着钻管22的洞41，42。

为能执行此一目标，容置体21在此一步骤中是和长轴23分开移动，解决的方法就是使用一液压活塞缸系统，其是和长轴23的底端相连接，液压缸38的底部是和长轴23的底端相焊接，而其活塞杆39端是透过一可旋转下方圆端来和切割块40的上方表面接触，这种液压结构有两种不同的作动形态：a-若是长轴旋转，液压缸38作为其一部份也随着一同旋转，就如同活塞杆39一般；但是切割块40即使和活塞杆39相接触在一起，但它仍不会旋转，因为活塞杆39的圆端43可在形成于切割块40上方表面内部之圆形孔内自由旋转，因此，旋转运动不会传送到切割块40。

当液压活塞杆39由液压缸38向下推送，它也会将切割块40向下推动，由于切割块40是和容置体21焊接在一起，容置体21也会被推向下。

注意：液压邦、水槽...等均未显示。

因此，活塞杆39对于切割块40向下的推力会将容置体21向下移，直到两组钥匙32由一侧面对着钻管22内部两组的洞41，42，同时，由另一侧面对着两组蝴蝶33，34。

注意：润滑活塞杆36是准备和第二蝴蝶34分离，因为带着润滑剂的活塞缸36，37的容置体21已将他们向下远离第二蝴蝶34。

5-在钻管22内，两组钥匙32和两组洞41，42的结合(图12，13)：长轴的旋转带动着两个蝴蝶33，34的旋转，因此，两个蝴蝶33，34的凸出端会在钥匙32的弧形端(1/2圆)滑动，并迫使钥匙32离开容置体21，并插入到在钻管22内切割形成的洞41，42之内。

6-振动并摇摆钻管21(图14)：长轴23旋转的角度是较在容置体21上部弧形槽31的角度为大，这也造成了盖板24杆体30会撞击弧形槽31的边缘，造成了整个容置体21的旋转；然而，由于容置体21是透过钥匙32来和钻管22相接触，钥匙32会传递钻管21的转动。

由于设计上的需求，在钥匙32和钻管22之间会存有一些额外的容许误差，经由和洞41，42的接触，长轴23向右/左的旋转，钥匙32会在钻管22内所形成的洞41，42作往复的运动，而这也意谓着，反复地撞击它们；总计而言，透过右/左的在洞41，42内的转动，会有8次钥匙32撞击钻管22，参看在图13D中箭头所示的方向。

长轴23亦可用于将容置体21拉起，或下压，这也使得钥匙32会试图将钻管22拉起或是下推。参看在图13D中箭头所示的方向，总共，变稀薄，振动以及摇摆钻管22导致润滑剂穿透到卡住钻管22的后方，以使其湿润，最终会将其释放，之后，将长轴23拉起会同时拉起容置体21，而这也会拉起8个钥匙32，同时也将钻管22带到表面。

产业利用性

本发明有下列的优点，而这也使它更具有产业利用性：

所有的装置组件：机械化机构、长轴、容置体、自动化机械、切割工具、摄像头、润滑剂、液压系统均可以市场上获得，或是在轻易修改后已成功地使用在其它不同的技术领域中。

单一进入、小体积的装置节省了业界中使用多种不同装置的成本，时间，金钱，以及花费。

有史以来第一次，使用单一装置以及单一操作即可达成多种装置才能完成的各种不同操作。

和业界中使用的装置，本装置可快速的组装。

图式零件索引：

20小体积起吊装置41第一组洞

21容置体42第二组洞

22钻管43圆端/活塞杆

23长轴

24盖板

25第一组钥匙方形孔洞

26第二组钥匙方形孔洞

27润滑剂圆孔

28切割器

29摄像头

30杆体

31弧形槽

32金属钥匙

33上方蝴蝶

34下方蝴蝶

35圆端

36活塞杆

37润滑缸

38液压缸

39液压活塞杆

40切割块

Claims (10)

1.一种小体积、单一操作、单一进入、的钻管起吊装置(20),其是具有切割、润滑、振动(很少)以及吊起钻管(22),包括了:

一圆柱形容置体(21),以容置内部工具以及机构；

一容置体(21)可旋转长轴(23),其是具有下方的杆体(30)延伸；

一垂直弧形槽(31),设置在容置体(21)上部；

二组方形钥匙(32),设置在容置体(21)的二组方形孔(25)(26)内；

第一驱动蝴蝶(33)；

第二驱动蝴蝶(34)；

一组润滑活塞缸(36)(37)；

一组切割器(28)；

一组液压活塞缸系统(39)(38)；

一组切割块(40)；

一组照明摄像头(29)。

2.如权利要求1所述的起吊装置(20),其中,所述的容置体(21)是经由5个区域来包覆内部工具以及机构,由上开始:

区域a:第一组4个方形孔洞(25),其内部是分别设置有一个金属钥匙(32)；

区域b:第二组4个方形孔洞(26),其内部是分别设置有一个金属钥匙(32)；

区域c:一组4个圆形孔洞(27),其内部是分别设置有一润滑剂活塞缸(39)(38)结构；

区域d:一组4个孔洞(41),由其内部凸出有4个切割器(28)；

区域e:一组照明摄像头(29),具有120°区隔角度。

3.如权利要求1所述的起吊装置(20),其中,所述的可旋转长轴(23)是由井的上部表面凸伸出去,穿透了容置体(21)的盖板(24),并由中央向下延伸到装置(20)内,以驱动内部机构以及工具的旋转。

4.如权利要求1所述的起吊装置(20),其中,所述的盖板(24)是直接并永久地和所述的长轴(23)结合,所述的盖板(24)具有4个向下延伸的杆体(3),每一个均是在设置在容置体(21)上部的弧形槽(31)内,其中每一个弧形槽(31)覆盖容置体(21)圆形上部约60°-75°,而长轴(23)的旋转带动着盖板(24)的旋转,而盖板(24)的旋转带动着杆体(30)的旋转,但杆体(30)在跨越弧形槽(31)一段距离之前,并不会旋转整个容置体(21)。

4.如权利要求1所述的起吊装置(20),其中,每一个第一和第二组、可水平移入以及移出的4个耐用的钥匙(32是可滑动地设置在圆柱形容置体(21)之二组的四个方形孔洞(25)(26)。

5.如权利要求1所述的起吊装置(20),其中,所述第一上方蝴蝶(33)是和长轴(23)接触,并随之旋转,然而在开始的位置,并不和第一组钥匙(32)接触,而第二组下蝴蝶(34)则是由其中央孔洞来和所述的长轴(23)接触,而其另一侧则是和4个在润滑剂缸(37)内移动的润滑活塞杆(36)的圆端(35)相接触,如此,旋转长轴(23)带动着两个蝴蝶(33)(34)旋转,而和润滑剂活塞杆(36)相接触的下方蝴蝶(34)将活塞进入到润滑剂缸(37)内,以将润滑剂喷洒于钻管的洞(41)(42)。

6.如权利要求1至6项所述的起吊装置(20),其中,所述润滑剂的润滑剂缸(37)作用如同注射筒,当下方蝴蝶(34)的凸出端是朝向活塞杆(36)的圆端(35)旋转,活塞杆(36)则会透过所述润滑剂缸(37)来逼迫出润滑剂,而此时内建在润滑剂缸(37)的弹簧会带回活塞杆(36),而当下方蝴蝶(34)旋转其凸出端而远离活塞杆(36)的圆端(35),润滑剂则会经由具有单向阀的润滑剂管吸回,这不应该和每一润滑剂缸(37)的上方前端相结合。

7.如权利要求1所述的起吊装置(20),其中,所述液压活塞缸系统(39)(38)是和长轴(23)的下端相接触,如此液压活塞缸(38)的底部是和长轴(23)的底端相焊接一起,而活塞杆(39)端则是透过一可旋转圆端来和切割块(40)的上方表面接触,以藉由这种液压结构来产生两种不同形态的运动:a-若是长轴(23)旋转,液压缸(38)也作为其一部份而一同旋转,所述的活塞杆(39)亦同,但既使切割块(40)是和活塞杆(39)相接触,切割块(40)也不会旋转,因为活塞杆(39)的圆端是可在切割块(40)内以传统方式制作出来的圆形孔洞内自由旋转,因此不会有旋转运动传送到切割器(28)的切割块(40)；b-当活塞杆(39)向下推出于液压活塞缸(38),切割器(28)的切割块(40)也被向下推送,由于切割器(28)的切割块(40)是焊接于容置体(21),容置体(21)会被向下推送,以使得两组钥匙(32)由其一侧来和蝴蝶(33)(34)接触,而另一侧则面对着钻管切割洞(41)(42),如此,当长轴旋转时,两个蝴蝶(33)(34)凸出的端点向外推动钥匙(32)来和钻管的洞(41)(42)接触。

8.如权利要求1所述的起吊装置(20),其中,4个切割器(28)是沿着容置体(21)本体的孔洞而水平分布,这些切割器(28)(切割工具)可以是现存技艺中任何一种切割工具来切割钻管一部,例如化学切割器使用了含氢和氯的酸

9.如权利要求1所述的起吊装置(20),其中,操作的方法:钻管切割、润滑、振动(摇摆以松开钻管),以及拉起钻管,是由下列步骤来完成:

在卡住位置的中央上方切割出第一组4个洞(41)(42)；

将装置(20)向下移动,以切割出第二组洞(41)(42),同时对钻管(22)内的第一组洞(41)(42)润滑；

将装置(20)向下移动以对第二组洞(41)(42)润滑；

透过切割的8个洞,将二组钥匙(32)和钻管(22)接触；

将装置(20)的容置体(21)向右和左,以及上/下旋转,如此钥匙(32)会透过洞(41)(42)来撞击钻管(22),以摇摆/振动钻管,因此润滑剂穿透钻管(22)间的间隙以及加压力在其上的物质,钻管(22)被释放,并被长轴(23)拉起。