CN107687323A - 用于在钻机的吊卡提环上悬挂负载的设备和方法以及相应的钻机组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在钻机的提环或吊卡上悬挂负载的设备和该种钻机，以及用于其的方法。根据本发明的所述设备包括：用于围绕所述提环夹紧的上部提环夹钳；用于围绕所述提环夹紧的下部提环夹钳；以及连接部件，所述连接部件通过上部连接装置连接至所述上部提环夹钳并且通过下部连接装置连接至所述下部提环夹钳，其中所述连接部件进一步设有联接装置，所述联接装置用于将所述连接部件连接至待悬挂在所述提环上的所述负载，其中至少一个所述连接装置被布置为允许所述连接部件相对于所述提环夹钳中的一个进行平移运动，而另一个所述连接装置被布置为防止所述连接部件相对于所述提环夹钳中的另一个进行平移运动。

Description

用于在钻机的吊卡提环上悬挂负载的设备和方法以及相应的 钻机组件

技术领域

本发明涉及一种用于从钻机的吊卡提环上悬挂负载的设备。例如，使用该设备可以将补偿器悬挂在提环上。

背景技术

在石油和天然气行业中，钻管用于获取石油或天然气。钻管包括多个管段，多个管段首尾相接，例如通过螺纹连接，以形成连续的钻管。为了形成延伸到井内的钻管，可以将管段逐个引入，其中每当在将新的管段连接到从井内突出的最上面的管段上之后，钻管就前进至井中。这个新管段的定位由钻机进行。

为了定位管段，钻机上设有吊卡，吊卡能够抓着管段并升高或降低管段。这种吊卡利用吊卡提环进行悬挂，吊卡提环通常简称为“提环”并且也被称为“吊环”。吊卡提环通常形成为金属杆，金属杆在其两个外端具有环或“眼”。提环上端的环附接在钻机上，例如附接在顶部驱动件或游动滑车上，提环下端的环附接到主吊卡上。

一般地，希望通过主吊卡防止钻管的单根的运动，因为工具没有被设计或构造成能够精细地处理单根相对较小的重量，并且没有被设计或构造成当该管段被添加到钻柱中或从钻柱中移除时能够跟随微小的运动。为此单根处理系统可以设有补偿器和单根吊卡。然而，这种补偿器应当被悬挂在顶部驱动件或用于移动单根吊卡的其他装置上。一般地，钻机仅提供有限数量的合适结构以用于悬挂负载。具体地，很少有选择可以用来悬挂被要求随着提升装置、顶部驱动件和/或吊卡一起运动的负载。

实践中已知的是通过钢绞线将补偿器悬挂在吊卡提环的上部的环上。然而，这种类型的悬挂是不可靠且不安全的。钢绞线可能失效，导致钻管和/或钻机的损坏，在最坏的情况下甚至可能导致工人受伤。尽管如此，由于缺乏安全的解决方案，这种类型的悬挂在实践中仍被使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种设备，以克服或至少减少上述缺陷，具体地，提供一种用于安全地在钻机的吊卡提环上悬挂诸如补偿器的负载的设备。

通过根据本发明实施例的用于在钻机的吊卡提环上悬挂负载的设备实现了该目的。

在一个实施例中，所述设备包括用于围绕所述提环夹紧的上部提环夹钳和用于围绕所述提环夹紧的下部提环夹钳。所述设备进一步包括连接部件，所述连接部件通过上部连接装置连接至所述上部提环夹钳并且通过下部连接装置连接至所述下部提环夹钳。所述连接部件进一步设有联接装置，所述联接装置用于将所述连接部件连接至待悬挂在所述提环上的所述负载。优选地，所述上部连接装置被布置为允许所述连接部件相对于所述上部提环夹钳进行平移运动，而所述下部连接装置被优选地布置为防止所述连接部件相对于所述下部提环夹钳进行平移运动。

通过将所述设备夹紧至所述提环，产生了附加的悬挂点以悬挂负载。

所述上部连接装置被布置为使得所述连接部件可以相对于所述上部提环夹钳进行平移运动，典型地是向下运动。优选地，所述上部连接装置被布置为，如果悬挂在所述设备上的负载超过了预定负载，所述连接部件相对于所述上部提环夹钳向下运动。

因此，过载，即超过预定负载的负载，导致了所述连接部件相对于所述上部提环夹钳的位移，而所述连接部件相对于所述下部提环夹钳没有位移。因此，工人能够观察到所述过载并且采取适当的措施。

在一个实施例中，所述上部连接装置包括狭长开槽以及用于插入所述狭长开槽内的阳部件，其中所述阳部件在所述狭长开槽内是可移动的。

换句话说，在该具体实施例中，通过设置狭长开槽，所述连接部件相对于所述上部提环夹钳的所述平移运动是可能的，相应的阳部件能够在所述狭长开槽内进行平移运动。

在第一实施例中，所述狭长开槽设在所述连接部件内。所述阳部件例如是螺栓，所述螺栓延伸穿过所述连接部件的所述狭长开槽。

在第二实施例中，所述狭长开槽设在所述上部提环夹钳内。所述阳部件例如是螺栓，所述螺栓延伸穿过所述上部提环夹钳的所述狭长开槽。

在一个实施例中，所述下部连接装置包括设在所述连接部件或所述下部提环夹钳内的开口，以及用于插入所述开口的另一个阳部件。

优选地，所述开口以及所述另一个阳部件的尺寸被设置为，所述阳部件紧密配合在所述开口内，使得所述连接部件基本上不会相对于所述下部提环夹钳进行平移运动。

在一个实施例中，所述连接部件是板形的。

在另一个实施例中，所述板形的连接部件具有基本上为三角形的形式。

在一个实施例中，所述上部连接装置包括狭长开槽和阳部件，所述下部连接装置包括开口和另一个阳部件，并且所述连接部件是三角形的且具有板形的形状，所述上部连接装置的所述狭长开槽或者所述阳部件设在接近所述三角形连接部件的第一拐角处，而所述下部连接装置的所述开口或者所述另一个阳部件设在接近所述三角形连接部件的第二拐角处，并且用于将所述连接部件连接到所述补偿器的所述联接装置设在接近所述三角形连接部件的第三拐角处。

在一个实施例中，所述设备进一步包括指示器，所述指示器被布置为指示所述连接部件相对于所述上部提环夹钳的位置。

在另一个实施例中，所述指示器被布置为指示所述连接部件相对于所述上部提环夹钳的第一位置为安全位置，并且指示第二位置为非安全位置，其中所述连接部件已经相对于所述第一位置发生运动。

在一个实施例中，所述上部提环夹钳和/或所述下部提环夹钳的内表面具有至少一个磨圆的边缘，以用于接触所述提环，其中所述内表面在使用中朝向所述提环。

在另一个实施例中，所述内表面包括两个磨圆的边缘。

在另一个实施例中，所述内表面的磨圆的边缘之间设有凹槽。

在一个实施例中，所述上部提环夹钳和/或所述下部提环夹钳具有夹持部，所述夹持部包括两个可互相连接的部件，所述夹持部优选地具有基本上为V形的横截面或者C形的横截面。

本发明进一步涉及一种钻机组件，所述钻机组件包括至少一个悬挂在提环上的吊卡、连接到所述吊卡的补偿器以及上述设备，所述设备连接到所述补偿器以及至少一个所述提环上。

本发明也涉及一种利用上述设备在钻机的吊卡提环上悬挂负载的方法，所述方法包括：

将所述上述提环夹钳围绕所述提环夹紧；

将所述下部提环夹钳围绕所述提环夹紧在位于所述上部提环夹钳下方的位置上；以及

将所述负载连接至所述连接部件的所述联接装置。

具体地，所述方法可以包括通过将补偿器连接到所述连接部件的所述联接装置上，将所述补偿器连接到所述吊卡提环上。

所述设备的实施例的上述优点和有益效果相应地适用于根据本发明实施例的所述钻机组件和方法。

附图说明

基于本发明的优选实施例来说明其进一步的优点、特征以及细节，其中参考如下附图：

图1示出了钻机组件，其包括顶部驱动件、主吊卡以及单根吊卡，其中主吊卡通过两个提环悬挂，并且有根据本发明第一个实施例的设备被夹紧至每个提环；

图2A示出了图1实施例中的设备，其处在安全操作状态下；

图2B示出了图2实施例中的设备，其处在非安全操作状态下；

图3示出了根据本发明的一个实施例的设备的连接板；

图4示出了夹钳，以用作根据本发明实施例的设备中的上部提环夹钳和/或下部提环夹钳；

图5A示出了根据本发明一个实施例的处于安全操作状态下的设备，其中指出了适用的力；以及

图5B示出了图5A的设备处于非安全操作状态。

具体实施方式

钻机1可以包括顶部驱动件2，主吊卡4通过吊卡提环6、8悬挂在顶部驱动件2上，吊卡提环6、8也被称为吊杆或连杆(图1)。主吊卡4上设有耳部10、12。每个耳部10、12连接到相应提环6、8的下端的环上。

补偿器16通过根据本发明一个实施例的设备18被悬挂在提环8上。另一个提环6设有同样类型的设备18’。绳20、22将夹紧设备18、18’与绳轮24连接起来。绳20、22通过挂钩11(例如弹簧钩)被进一步连接到主吊卡4的耳部10、12。单根吊卡26悬挂在绳轮24上。

图1的示例进一步示出了接头28的上部，即管段28，以用于利用单根吊卡26进行定位。在绳20和提环8之间连接有弹性绳29，以在不悬挂接头28时拉动绳轮24和单根吊卡26远离井的中心。

图1的示例中的钻机1或者钻机组件1进一步包括灌注工具14。

在示出的实施例中，主吊卡4是滑动型的。然而，可以使用其他合适类型的吊卡。在示例性实施例中的提环6、8具有大约460厘米的最小长度。然而，根据本发明，更短的长度也是可以的。

在图1中示出的例子中，补偿器16包括补偿器缸体30，其连接到悬挂在管束支撑座34上的液压或气动管路32上。然而，也可以使用其他类型的补偿器，例如包括弹簧的补偿器。

图2A示出了提环8上的设备18的特写视图。提环8的上端设有环8a。设备18包括设在提环8上的上部夹钳36和下部夹钳38。连接板40被连接到两个夹钳上，并且具有用于连接负载(例如示例性实施例中的补偿器16)的联接装置。

在图2A中，设备18被示出为处于安全状态，其中设备18上的负载在可接受的范围内。连接板40设有标志42，以用于指示设备18处于安全状态。在示出的示例中，标志42是绿点。然而，本发明不限于这样一种标志。例如，可以使用文字标志来指示安全状态，例如代替绿点，连接板可以标有字母“安全”。

在图2B中，设备18被示出为处于非安全状态，其中设备上悬挂了太多负载。由于过载，下部夹钳38相对于上部夹钳36向下移动位置。这可以通过比较距离D1(图2A)和距离D2(图2B)来说明。这造成了连接板40相对于上部夹钳36向下运动。由于连接板40的平移运动(即所示示例中的向下运动)，绿点42被隐藏起来，而第二标志44显露出来。第二标志44在所示示例中是红点，然而替代地，可以采用不同的标志以指示非安全状态，例如类似“非安全”的文字标志。

图2B进一步示出了夹钳36、38各自分别由两个互连部件36a、36b和两个互连部件38a、38b形成。

为了允许连接板40相对于上部夹钳36运动，连接板40包括开槽48(图3)，以用于接纳用以连接上部夹钳36的阳联接部件。例如，用以连接上部夹钳36的阳联接部件是螺栓，其被插入开槽48内。连接板40进一步包括用于接纳另一个阳部件(例如螺栓)的开口50，以将下部夹钳38连接到连接板40上。开口50以及另一个阳部件紧密配合，从而防止连接板40相对于下部夹钳38的平移运动。然而连接板40相对于下部夹钳38的一些旋转运动可以是允许的。连接板40进一步设有开口52，以用于将负载连接到连接板上。在示例图中，开口50具有圆形形状。然而，开口50可以具有不同的形状，例如六边形。图3中的开口50具有六边形形状，但是也可以具有不同的形状，例如圆形。

夹钳36、38各自分别包括两个部件36a、36b和两个部件38a、38b。两个部件36a、36b以及两个部件38a、38b是通过螺栓螺母连接件53(图5A)结合到一起的。为此，夹钳部件36a、36b、38a以及38b均具有至少一个通孔54、56以用于接纳螺栓(图4)。夹钳部件36a、36b、38a以及38b均具有夹持部分58，其具有基本上为V形的横截面。替代地，夹持部分58可以具有基本上为C形的横截面。两个相应的夹钳部件36a、36b以及38a、38b的夹持部分58围着提环8结合到一起，然后插入并拧紧螺栓螺母连接件53，以将夹钳36和38夹紧在提环8上。

每个夹钳36、38的第一夹钳部分36b、38b都设有两个间隔布置的法兰60、62(图4)。法兰60、62设有用于接纳阳联接部件(例如螺栓64、66)的开口，以将连接板40附接至两个夹钳36、38(图5A)。在附图所示的实施例中，夹钳36、38的另一个夹钳部分36a、36b不包括法兰，但是可选地也可以设有这种法兰。

夹钳36、38的内表面(即当夹钳36、38配合至提环8时，夹钳36、38朝向提环8的表面)设有至少一个边缘或肋条68，该边缘或肋条68被磨圆以用于接触提环8。在附图的实施例中，内表面设有相对的两对磨圆边缘68。可选地，每对磨圆边缘68之间可以设有凹槽70。

如图5A和图5B所示，安全指示器42设在连接板40的一个或两个面上且位于开槽48之上，而非安全指示器44位于连接板一个或两个面上且位于开槽48之下。在安全状态下(图5A)，位于开槽48之上的安全指示器42处于法兰62之上，因此是可见的。当连接板40由于过载而相对于上部夹钳36向下移动时(即图5B的非安全状态)，安全指示器42也向下运动并且最后位于在夹钳36的法兰62背后。因此，在非安全状态下，安全指示器42不再可见。相反，由于连接板相对于上部提环夹钳36向下移动，非安全指示器44变得可见，然而非安全指示器44在安全状态下(图5A)位于法兰62背后而不可见。

图5A进一步示出了施加到设备18上的力。应用在设备18上的负载，即悬挂在设备18上的补偿器的负载，被指示为F1。连接板40内的动量产生了力F2，其作用方向垂直于力F1的作用方向。力F2导致力F3，而F1导致力F4，力F1与下部夹钳38和提环8之间的摩擦力相对抗。在不加强向下的力的情况下，力F3加强了下部夹钳38和提环8之间的摩擦力。

当在提环6、8上悬挂负载16时，上部提环夹钳36围绕提环6、8被夹紧，下部提环夹钳38围绕提环6、8被夹紧在使用过程中处于上部提环夹钳36之下的位置处。负载16连接到联接装置。这使得诸如补偿器16的负载可以被安全地悬挂在钻机1的提环6、8上。

本发明不限于以上描述的示例性实施例。下文的权利要求书限定了要求保护的权利，在其范围内的诸多修改可以被预见。例如，第一个实施例中的特征可以应用到另一个实施例中以实现本发明的新的实施例。

Claims (16)

1.一种用于在钻机的吊卡的提环上悬挂负载的设备，包括：

用于围绕所述提环夹紧的上部提环夹钳；

用于围绕所述提环夹紧的下部提环夹钳；以及

连接部件，所述连接部件通过上部连接装置连接至所述上部提环夹钳并且通过下部连接装置连接至所述下部提环夹钳，其中所述连接部件进一步设有联接装置，所述联接装置用于将所述连接部件连接至待悬挂在所述提环上的所述负载，其中至少一个所述连接装置被布置为允许所述连接部件相对于所述提环夹钳中的一个进行平移运动，而另一个所述连接装置被布置为防止所述连接部件相对于所述提环夹钳中的另一个进行平移运动。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述上部连接装置允许平移运动，并且包括狭长开槽以及用于插入所述狭长开槽内的阳部件，其中所述阳部件在所述狭长开槽内是可移动的。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述狭长开槽设在所述连接部件内。

4.根据权利要求2所述的设备，其中所述狭长开槽设在所述上部提环夹钳内。

5.根据前述权利要求中任意一项所述的设备，其中所述下部连接装置包括设在所述连接部件或所述下部提环夹钳内的开口，以及用于插入所述开口中的另一个阳部件。

6.根据前述权利要求中任意一项所述的设备，其中所述连接部件是板形的。

7.根据权利要求6所述设备，其中所述板形的连接部件具有基本上为三角形的形式。

8.根据权利要求2-4中任意一项、权利要求5和权利要求7所述的设备，其中所述上部连接装置的所述狭长开槽或者所述阳部件设在接近三角形连接部件的第一拐角处，所述下部连接装置的所述开口或者所述另一个阳部件设在接近所述三角形连接部件的第二拐角处，并且用于将所述连接部件连接到所述负载的所述联接装置设在接近所述三角形连接部件的第三拐角处，所述负载诸如是补偿器。

9.根据前述权利要求中任意一项所述的设备，进一步包括指示器，所述指示器被布置为指示所述连接部件相对于所述提环夹钳的位置，所述提环夹钳优选为所述上部提环夹钳。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述指示器被布置为指示所述连接部件相对于所述提环夹钳的第一位置为安全位置，其中所述提环夹钳优选为所述上部提环夹钳，并且指示第二位置为非安全位置，在第二位置中，所述连接部件已经相对于所述第一位置发生运动。

11.根据前述权利要求中任意一项所述的设备，其中所述上部提环夹钳和/或所述下部提环夹钳的内表面具有至少一个磨圆的边缘，以用于接触所述提环，其中所述内表面在使用中朝向所述提环。

12.根据权利要求11所述的设备，其中所述内表面包括两个磨圆的边缘。

13.根据权利要求12所述的设备，其中所述内表面的磨圆的边缘之间设有凹槽。

14.根据前述权利要求中任意一项所述的设备，其中所述上部提环夹钳和/或所述下部提环夹钳具有夹持部，所述夹持部包括两个可互相连接的部件且优选地具有基本上为V形的横截面。

15.一种钻机组件，包括至少一个悬挂在提环上的吊卡、连接到所述吊卡的补偿器以及根据前述权利要求中任意一项所述的设备，所述设备连接到所述补偿器以及至少一个所述提环上。

16.一种利用根据权利要求1-14中任意一项所述的设备在钻机的吊卡的提环上悬挂负载的方法，所述方法包括：

将所述上述提环夹钳围绕所述提环夹紧；

将所述下部提环夹钳围绕所述提环夹紧在位于所述上部提环夹钳下方的位置处；以及

将所述负载连接至所述连接部件的所述联接装置。