CN112005019B - 可变长度结构元件和可调提环延长件 - Google Patents

Abstract

一种可调提环延长件，包括管状外连杆、设置在外连杆的孔内并可在其中轴向移动的内连杆、以及用于在由内连杆上以轴向间隔形成的多组锁定槽限定的多个锁定位置之中的任何一个位置将外连杆可释放地夹紧到内连杆上的调节机构。该调节机构可在锁定位置与解锁位置之间操作，在锁定位置，联接至外连杆的筒夹组件与一组选定的锁定槽接合，从而能够在内连杆与外连杆之间传递轴向载荷；在解锁位置，筒夹组件不与任何内连杆槽可操作地接合，从而内连杆可在外连杆内轴向移动，由此能够通过重新定位筒夹组件以在另一个不同的锁定位置与内连杆槽接合来调节可调提环延长件的总长度。

Description

可变长度结构元件和可调提环延长件

技术领域

本发明的公开内容总体涉及能够在多种工作长度下承载轴向载荷的长度可调的结构部件。更具体地说，本公开涉及通常用于在石油和天然气井的钻井和下套管期间处理管件的钻杆吊卡的提环的可调延长件。

背景技术

以前，与钻机提升系统配合使用动力钳一直是在油井中安装管柱(例如钻柱和套管柱)的既定方法。该方法允许使用动力钳作为将管接头的螺纹端拧在一起的装置比较高效地组装这种包括具有配合螺纹端的管段(或“接头”)的管柱，以便随着向正在井筒中组装和安装的管柱增加顺序接头而在顺序接头之间形成螺纹连接(即，“上扣”作业)；或者相反地用于拧松螺纹连接以移除接头，以便分解从井筒中拉出的管柱(即，“卸扣”作业)。该方法需要两个独立的系统，即，用于上扣和卸扣作业的动力钳和用于提升和下放套管柱的钻机提升系统。

现代钻机通常利用顶驱装置，该顶驱装置的主要目的是实现高效油井钻探，并且以前在下套管作业(即，将管状套管柱安装到井筒中)期间未被充分利用。配有顶驱装置的钻机使用通常称为下套管工具(或“CRT”)的工具实现了一种新的下套管方法。这些工具适于安装并悬挂到顶驱套筒轴上，并夹紧管状套管接头的上端，并且在夹紧的套管接头的孔与顶驱套筒轴的孔之间提供密封。CRT与顶驱装置配合支持上扣和卸扣作业以及套管柱的提升和下放，从而无需使用动力钳进行套管上扣和卸扣作业。

顶驱装置提供能够支撑管柱及其部件的重量的两个载荷路径。在钻井作业(包括“跟管钻进”作业)期间，管状钻柱的重量由顶驱装置通过顶驱套筒轴承载，该顶驱套筒轴通常设计为支撑钻柱的全部重量。在上扣和卸扣作业期间，向管柱增加或从管柱移除的各个接头的重量通过设置在顶驱装置的相对侧的一对“耳”以及配有一对连杆(通常也称为“提环”)的传统钻杆吊卡传递至顶驱装置。每个连杆(或提环)在每一端形成有“眼”，其中一个眼配置为用于与顶驱装置上的一个耳旋转接合，另一个眼配置为用于与吊卡旋转接合，使得顶驱装置可在上扣操作期间用于向正在组装的管状柱增加由吊卡携带的管状接头，或者在卸扣操作期间用于从柱上移除接头。

因此，使用CRT允许顶驱套管轴承载套管柱的全部重量，使得连杆和吊卡不必像在不使用CRT的传统作业中那样承载套管柱的全部重量。连杆和吊卡仍然具有将套管接头从钻台处的V形门提升到钻机结构中以准备组装到套管柱中的重要功能。顶驱装置在传统上配有设计用于钻井作业的较短连杆，连杆的端部靠近顶驱套筒轴。将CRT和配套附件安装到顶驱套筒轴上需要将上述连杆替换为较长的连杆，这可能既昂贵又耗时；或者需要向现有连杆增加延长件，这比替换连杆迅速且廉价。

提环延长件必须足够长，以确保CRT与由吊卡携带的套管接头之间有间隙，但是间隙过大会导致CRT难以插入到套管接头中。给定情况下的提环延长件的适当长度取决于多个可变因素，包括所使用的特定CRT的长度和与其结合安装的任何附件(例如将CRT与顶驱套筒轴配合所需的转换接头)、以及安装在套筒轴与CRT之间的附加设备(例如扭矩监测接头)。由于所有这些可变因素，单种提环延长件长度无法适用于所有作业环境。

在现有技术中，提环延长件长度参数的可变性是利用具有两个带有匹配的横向孔的伸缩部件的提环延长件来解决的，这使得伸缩部件可通过穿入匹配的横向螺栓孔中的螺栓或销在离散的轴向位置刚性连接。但是，由于伸缩部件在螺栓孔处的横截面损失，这种类型的连接具有过低的负载效率(其中负载效率定义为连接的轴向负载能力与伸缩部件的基本轴向负载能力的比率)。因此，伸缩部件之间的螺栓连接或销连接限制了其承载能力，因而它们必须比其它情况下的必要尺寸更大、更重，由此使得这种可变长度连杆的制造、运输和装卸更加困难。

发明内容

本公开给出了一种可调节长度以适应CRT操作中固有的连杆长度要求的变化的提环延长件的实施例。这些可调提环延长件使用的调节机构比传统的可调提环延长件具有更高的负载效率，因此使得可调提环延长件比具有类似提升能力的传统可调提环延长件的重量轻。无需移除可调提环延长件的部件来调节延长件的长度，因此消除了在调节过程中松散部件意外掉落和丢失因而导致代价高昂的停机时间的风险。

总体而言，本发明的可调提环延长件的一个特定实施例包括以下部件：

·细长的管状外连杆构件，该外连杆构件具有孔、开敞的下端以及带有连杆适配器的上端(用于连接至悬挂在顶驱装置上的现有连杆)；

·细长的内连杆构件(可以是管状构件或实心杆)，该内连杆构件具有带有吊卡适配器(用于连接至传统钻杆吊卡上的安装“耳”)的下端以及可在外连杆构件的孔内轴向移动的上端；以及

·由外连杆构件携带的调节机构，用于在由环形槽限定的多个锁定位置之中的选定位置处将外连杆构件牢固且可释放地夹紧到内连杆构件上，该环形槽设置为在内连杆构件的周面上以离散的轴向间隔形成的单组环形槽或多组环形槽。

所述调节机构可在以下位置之间操作：

·锁定位置，在该位置，调节机构与内连杆构件上的选定环形槽(或一组环形槽)接合，以防止内连杆构件和外连杆构件的相对轴向移动，并能够在内连杆构件与外连杆构件之间传递轴向载荷；和

·解锁位置，在该位置，调节机构不与内连杆构件上的任何环形槽可操作地接合，从而内连杆构件可在外连杆构件内轴向移动，由此能够调节可调提环延长件的长度。

在第一实施例中，所述调节机构包括筒夹组件，该筒夹组件包括带有多个筒夹臂的筒夹底座环，每个筒夹臂带有配置为用于与内连杆构件上的环形槽紧密配合地接合的筒夹指。筒夹组件布置为与外连杆构件同轴对准，筒夹底座环与外连杆构件的下端接合。在一种变化形式中，筒夹组件相对于外连杆构件轴向固定，并且可选地可与外连杆构件一体形成。但是，在优选实施例中，筒夹组件是与外连杆构件物理地分开的，并且可在选定的行程范围(或“游隙”)内相对于外连杆构件轴向移动，以便于防止在筒夹臂中产生过度或不合需要的轴向载荷(如在后文中所详述)。

所述调节机构还包括大致圆柱形的锁定套筒，该锁定套筒同轴地布置在外连杆构件周围以包围筒夹组件，并且以允许锁定套筒相对于外连杆构件在限定范围内轴向位移的方式联接至外连杆构件，以便能够在锁定位置与解锁位置之间操作调节机构。锁定套筒具有上端(即，在锁定套筒安装在外连杆构件上时朝向外连杆构件的连杆适配器端)、下端和大致圆柱形的孔。

锁定套筒相对于外连杆构件的轴向位移可通过这些部件之间的螺纹连接来实现，但是这仅是一个非限制性的例子。虽然在本文中说明并示出的是使用螺纹连接作为将锁定套筒联接至外连杆构件并实现它们之间的相对轴向位移的手段，但是在不脱离本公开的范围的情况下，也可使用其它在功能上有效的替代装置(例如所谓的“闩锁”机构)。

锁定套筒孔的下部区域的轮廓使其与筒夹指上的互补轮廓的径向外表面紧密配合地接合，从而在调节机构处于锁定位置时，能够按下文说明的方式将轴向拉伸载荷从筒夹指传递至锁定套筒。

在调节机构处于锁定位置时，筒夹指与内连杆构件上的选定环形槽(或一组环形槽)接合，筒夹指的径向外表面与锁定套筒孔的互补轮廓的表面匹配地接合。锁定套筒由此防止筒夹指径向向外偏转，从而允许从内连杆构件向筒夹指稳定地传递轴向拉伸载荷(通过筒夹指与内连杆构件中的环形槽的接合)、从筒夹指向锁定套筒稳定地传递轴向拉伸载荷(通过筒夹指和锁定套筒孔上的配合轮廓表面的接合)、以及从锁定套筒向外连杆构件稳定地传递轴向拉伸载荷(通过这些部件之间的螺纹连接)。

为了改变可调提环延长件的总长度，可旋转锁定套筒从而使其相对于外连杆构件和筒夹组件轴向位移到足以使筒夹指从锁定套筒孔的轮廓区域脱开的程度，由此使筒夹指能够从内连杆构件上的环形槽脱开，从而将调节机构从锁定位置移动至解锁位置。然后可施加轴向力(根据需要施加压力或拉力)，以使内连杆构件相对于外连杆构件轴向位移，从而使筒夹指从内连杆构件中的一个或多个环形槽脱开，以便改变可调提环延长件的总长度。

筒夹组件可制造为使得筒夹臂沿径向向内的方向弹性偏置，从而随着内连杆构件移动至新位置，筒夹指会倾向于与它们所经过的环形槽接合。但是，筒夹臂的这种偏置优选不会超过筒夹指状件在环形槽内接合所合理需要的偏置程度，以便最大限度地减小为了移动筒夹指并能够调节可调提环延长件而需要施加到可调提环延长件上的轴向载荷。

在一个变化实施例中，所述筒夹组件可制造为使得筒夹臂具有中性径向偏置，从而筒夹指不会与内连杆构件上的环形槽接合，除非其因锁定环被拧紧从而在筒夹指上施加径向向内的分力而被迫接合。在此实施例中，在调节可调提环延长件的总长度时，筒夹指不会对内连杆构件和外连杆构件的相对轴向位移提供阻力，这在调节机构在可调提环延长件处于水平取向的条件下操作的情况中可能是有利的。

为了防止锁定套筒在调节机构处于锁定位置时意外轴向位移，可使用锁定销或锁定螺栓(或其它在功能上有效的锁定装置)临时防止锁定套筒的过度旋转以及由此导致的朝解锁位置的相关过度轴向移动。这种锁定装置优选不能从锁定套筒上移除，例如通过用绳索将其拴系到锁定套筒上来实现。

在一些实施例中，可调提环延长件的内连杆和外连杆可至少在其将与调节机构接合的区域内具有圆柱形外表面。在这种情况下，筒夹组件会具有大致圆柱形的构造，筒夹指限定大致圆柱形的筒夹孔，并配置为与内连杆的圆柱形表面上的圆形(即，环形)槽接合。但是，本公开的范围不限于这种实施例，在变化实施例中，内连杆和外连杆的至少一部分可具有非圆柱形外表面。例如，内连杆的带有用于与筒夹指接合的凹槽的部分的横截面可以是非圆形的(例如直线形、多边形或椭圆形)，并且筒夹指的布置和构造经过相应地调整。

本公开说明并示出了具体配置为与石油和天然气行业中的钻机上使用的传统钻杆吊卡的连杆或提环结合使用的实施例。但是，本公开的教导很容易适用于具有期望或所需的长度调节能力的其它类型的细长结构部件，并且本公开的范围旨在扩展到这种替代应用。这种替代应用的非限制性例子有脚手架系统中的管状支柱、以及在多层钢筋混凝土建筑的建造过程中使用的支柱和二次支柱。

因此，总体来说，本公开提出了一种可变长度结构元件，该可变长度结构元件包括：

·具有第一端和第二端的细长管状外构件，该外构件的所述第一端向外构件的孔敞开；

·具有第一端和第二端的细长内构件，该内构件的所述第一端同轴地设置在外构件的孔内；以及

·联接至外构件并包括内构件锁定装置的调节机构，该调节机构可在以下位置之间操作：(1)锁定位置，在该位置，内构件锁定装置在内构件上的选定锁定位置与内构件接合，从而防止内构件和外构件的相对轴向移动，并由此能够在内构件和外构件之间传递轴向载荷；以及(2)解锁位置，在该位置，内构件锁定装置不防止内构件和外构件的相对轴向移动。

在所述可变长度结构元件的一个实施例中，所述内构件锁定装置包括：

·筒夹组件，该筒夹组件具有筒夹孔，并且包括筒夹底座环，该筒夹底座环与外构件的第一端同轴联接，从而可与其一起轴向移动，其中：(1)筒夹底座环带有从外构件的第一端向远处轴向延伸的多个筒夹臂；(2)每个筒夹臂带有配置为与形成在内构件的外表面上的锁定槽接合的筒夹指；并且(3)内构件同轴地穿过筒夹孔；以及

·圆柱形锁定套筒，该圆柱形锁定套筒在锁定套筒的开敞的第一端和开敞的第二端之间具有锁定套筒孔，其中：(1)锁定套筒同轴地围绕筒夹组件，锁定套筒的靠近第二端的部分与外构件的第一端同轴地重叠，并且锁定套筒的第一端延伸超过外构件的第一端；(2)锁定套筒通过锁定套筒联接装置联接至外构件，从而允许锁定套筒相对于外构件在限定的范围内轴向移动，由此能够在锁定位置与解锁位置之间操作调节机构；并且(3)在调节机构处于锁定位置时，锁定套筒孔的靠近锁定套筒的第一端的区域的轮廓使其与筒夹指上的互补轮廓的径向外表面接合。

筒夹孔可以是大致圆柱形的，锁定槽是形成在内构件的圆柱形外表面上的环形槽。在替代实施例中，内构件的外表面在内构件的带有锁定槽的区域内可以是非圆形的。

锁定套筒联接装置可以是形成在锁定套筒的第二端附近的锁定套筒孔内的阴螺纹(或“内”螺纹)和在外构件上形成在外构件的第一端附近的配合阳螺纹(或“外”螺纹)的形式。

锁定机构可包括用于在调节机构处于锁定位置时约束锁定套筒相对于外构件的轴向移动的轴向约束装置。这种轴向约束装置可包括设置在外构件的外表面上的锁定销槽、以及设置在锁定套筒内的横向锁定销孔，该锁定销孔用于可缩回地插入锁定销，以便在与调节机构的锁定位置对应的选定轴向位置范围内与锁定销槽接合。

或者，该轴向约束装置可包括作用在锁定套筒与外构件之间的固定螺钉，或者，更有利地，可包括安装在锁定套筒中并且可按本领域中公知的方式在与调节装置的锁定位置对应的选定轴向位置范围内与形成在外构件的外表面中的锁定卡爪凹窝接合的螺纹锁定卡爪。

内构件可以是实心杆或管状构件，并且在任何一种情况下，内构件的横截面不一定必须是圆形的。同样，管状外构件不一定必须是圆管。但是，在外构件的横截面不是圆形的情况下，它可在需要形成螺纹的任何区域内具有轴对称的外表面。

本公开还提出了一种可变长度结构元件，该可变长度结构元件大致如上所述，但是配置为用作与钻杆吊卡配套使用的可调提环延长件，在石油和天然气行业中用于对管柱进行上扣和卸扣。

附图说明

现在，将参照附图说明本发明的实施例，在附图中，相似的附图标记表示相似的部分，其中：

图1A是与传统钻杆吊卡配合的顶驱装置的示意图，示出了该顶驱装置与本公开的可调提环延长件的使用相结合来支撑套管接头；

图1B是图1A所示的设备组件的侧视图；

图2是本发明的可调提环延长件的一个实施例的等距视图；

图3A是本公开的调节机构的一个实施例的纵向截面图，其中调节机构被示为处于锁定位置；

图3B是图3A中的调节机构的纵向截面图，其中调节机构处于解锁位置；

图3C是图3A和3B中的调节机构的纵向截面图，其中调节机构被示为处于锁定位置与解锁位置之间；

图4是图2所示的提环延长件的筒夹组件的等距视图；

图5是图2所示的提环延长件的外连杆构件端部的下部的等距视图。

具体实施方式

在本专利文件中，术语“上”、“下”、“向上”和“向下”在参照所公开的可调提环延长件的部件或特征或参照可调提环延长件的部件的相对运动或位移使用时应理解为与如图1A和1B所示的提环延长件的竖直取向对应。

图1A和1B示意性地示出了使用顶驱装置10向井眼中下管件(例如套管接头)(即，套管柱上扣)或分解套管柱(即，卸扣)的典型设备设置，该顶驱装置10具有顶驱套筒轴14，该顶驱套筒轴14被示为支撑具有夹持组件32的内部夹持下套管工具(CRT)30。顶驱装置10具有一对“耳”12，这对“耳”12用于通过形成在传统连杆20的上端的上连杆眼22U来支撑沉重的整体式传统吊卡连杆(或提环)20。通过将吊卡40直接置于通过螺纹连接到套管接头50的上端上的管状联接器60下方，传统钻杆吊卡40用于支撑下入井筒或从井筒伸出的套管接头50。钻杆吊卡40具有一对耳42，这对耳42具有用于接收挂钩44或其它适当的金属件以与形成在传统连杆20的下端的下连杆眼22L接合的孔。

从图1A和1B很容易理解，若CRT 30(或其它具有相当大的总竖向长度的设备)未悬挂在顶驱套筒轴14上，则传统的连杆20能够如上所述与吊卡耳42直接接合。但是，由于CRT30(以及可能的附加配套部件)的竖向长度，图1A和1B中的连杆20太短，不能达到吊卡40处。通常从顶驱装置10移除沉重的传统连杆20并更换为较长的连杆是不切实际的，因此必须提供延长件来弥补连杆20的下连杆眼22L与吊卡耳42之间的间隙。图1A和1B示出了用于此目的的本发明的可调提环延长件100。

在图2所示的实施例中，两个可调提环延长件100之中的每一个都包括：

·细长的管状外连杆构件(或“外连杆”)300，该外连杆构件具有孔315、开敞的下端300L、以及带有连杆适配器600的上端300U；

·细长的内连杆构件(或“内连杆”)500，该内连杆构件具有带有吊卡适配器600的下端500L；以及

·由外连杆300携带的调节机构400，该调节机构用于在内连杆500上的选定锁定位置将外连杆300可释放地夹紧到内连杆500上。

在所示的实施例中，连杆适配器200被示为登山扣型钩环，但是这仅是一个非限制性的例子；在不脱离本公开的范围的情况下，连杆适配器200可采取其它在功能上有效的形式。类似地，吊卡适配器600被示为具有用于接收螺栓、开口销或其它适当紧固件的孔的实心连接件，但是也可为任何其它在功能上有效的形式。

当提环延长件100用于如图1A和1B所示的顶驱操作时，外连杆300的上端300U通过连杆适配器200连接至传统连杆20上的下连杆孔22L。类似地，内连杆500的下端500L通过吊卡适配器600连接至钻杆吊卡40上的吊卡耳42。提环延长件100通常仅用于支撑增加到套管柱上或从套管柱移除的套管接头的重量。当套管柱下降(在上扣作业期间)或上升(在卸扣作业期间)时，套管柱的全部重量将通过CRT30直接传递至顶驱装置10。因此，在正常作业期间，提环延长件100通常仅受到轴向拉伸载荷，并且，由于这些拉伸载荷相对较小，因此提环延长件100不需要像传统连杆那样重。

外连杆300、调节机构400和内连杆500通常配置为一组同轴嵌套的紧密配合的大致圆柱形的部件。调节机构400可在如图3A所示的锁定位置与如图3B所示的解锁位置之间操作。在锁定位置，施加到提环延长件100上的轴向载荷通过调节机构400在外连杆300与内连杆500之间传递，并且提环延长件100的总长度不变。在解锁位置，内连杆500可部分地从外连杆300伸出或部分地缩回到外连杆300中，以便能够调节提环延长件100的总长度。

在图3A、3B和3C所示的实施例中，调节机构400包括筒夹组件420，该筒夹组件420具有筒夹孔450、锁定套筒440和锁定销460。锁定套筒440具有上端440U、下端440L和锁定套筒孔445，并且围绕外连杆300同轴安装，从而可相对于外连杆300轴向移动。在所示的实施例中，该功能是通过形成在外连杆300的下部区域上的阳螺纹(或“外螺纹”)302和形成在锁定套筒孔445的上部区域中的配合阴螺纹(或“内螺纹”)442来提供的。

如图3A、3B、3C和4所示，筒夹组件420具有筒夹底座环421，该筒夹底座环421具有从筒夹底座环421向下突出并围绕筒夹底座环421均匀间隔开的多个筒夹臂422。每个筒夹臂422带有筒夹指423，该筒夹指423包括多个径向向内突出并构成一组筒夹突起430的环形筒夹突起429。在图3C中能够最佳地看出，每个筒夹突起429具有筒夹伸出侧面424和筒夹缩回侧面425。每个筒夹突起429配置为紧密配装到形成在内连杆500的外圆柱形表面504上并构成一组内连杆槽510的多个环形槽505之中的相应环形槽中。在图3A中能够最佳地看出，每个环形槽500包括环形内连杆伸出侧面502(可与筒夹指423上的筒夹伸出侧面424接合)和环形内连杆缩回侧面503(可与筒夹指423上的筒夹缩回侧面425接合)。在沿着内连杆500的选定锁定位置设有多组内连杆槽510，从而限定可用于给定配置的可调提环延长件100的长度调节间隔和总长度调节范围。

在图3A、3B和3C所示的特定实施例中，每个筒夹指423上的一组筒夹突起430具有三个相同的环形筒夹突起429，并且内连杆500上的每组环形槽510具有三个相同的环形槽505。但是，这仅是一个非限制性的例子。可选择环形槽505和筒夹突起429的数量、尺寸和形状，以在部件尺寸限制范围内控制局部应力，并且，根据这些因素，在一些应用中，每“组”槽或突起仅包括一个槽或突起就足够了。在一些情况下，可能希望每组筒夹突起430和每组槽510中的筒夹突起和环形槽的构造是不同的，以确保只有一个接合位置是可能的。类似地，每组环形槽510的横截面不一定必须是圆形的。在选择非圆形横截面的情况下，可提供确保筒夹组件420与内连杆300之间旋转对准的装置。

如在图3B、3C和4中最清晰地示出的，每个筒夹指423的径向外表面还配置为限定可与形成在锁定套筒孔445的下部区域中的锁定套筒负载侧面444接合的多个筒夹指负载侧面426。

在图3C所示的实施例中，筒夹臂422设计为能够在径向载荷下偏转，以便于各组筒夹突起430接合在一组槽510中。应理解，可选择筒夹组件420的几何形状(包括筒夹臂422的长度、宽度、厚度、材料和数量以及底座环421的长度和厚度)，以限定筒夹臂422的载荷偏转响应。施加拉伸载荷(或“伸长载荷”)以增加内连杆500相对于外连杆300的伸长量(并由此增加可调提环延长件100的长度)会导致筒夹伸出侧面424与内连杆伸出侧面502接触，并且这种接触的几何形状会在筒夹指423上引起径向载荷，从而迫使筒夹指423径向向外偏转。类似地，施加压缩载荷(或“收缩载荷”)以使内连杆500进一步缩回到外连杆300中(并由此减小可调提环延长件100的长度)会导致筒夹缩回侧面425与内连杆缩回侧面503接触，并且这种接触的几何形状会在筒夹指423上引起径向向外载荷，从而迫使筒夹指423发生对应的径向偏转。在调节机构400处于解锁位置的情况下，施加伴随有轴向位移的足够的伸长或收缩载荷会导致所述的一组筒夹突起430从先前接合的一组内连杆槽510脱开，使得该组筒夹突起430与内连杆500的外圆柱形表面504滑动接触。

现在请参考图4，筒夹组件420上的底座环421具有从底座环421向上突出并围绕底座环421均匀间隔的多个底座环延长部427，在相邻底座环延长部427之间形成底座环凹部435，并形成在相邻底座环连杆延长部427之间延伸的面向上的底座环肩部432。筒夹环凸缘427F从每个底座环延长部427径向向外延伸，并限定面向下的筒夹环凸缘肩部428，使得所有筒夹环凸缘肩部428位于与筒夹组件420的纵向轴线横向垂直的公共平面内。类似地，每个筒夹环凸缘427F限定面向上的筒夹环凸缘面437，使得所有筒夹环凸缘面437位于与筒夹组件420的纵向轴线横向垂直的公共平面内。

现在请参考图5，外连杆300具有从外连杆300的下端300L向下突出并围绕下端300L均匀间隔的多个外连杆延长部304，在相邻外连杆延长部304之间形成外连杆壁凹部335，并形成在相邻外连杆延长部304之间延伸的面向下的外连杆肩部337。外连杆凸缘304F从每个外连杆延长部304径向向外延伸，并且具有面向上的外连杆凸缘肩部305，使得所有外连杆凸缘肩部305位于与筒夹组件420的纵向轴线横向垂直的公共平面内。类似地，每个外连杆凸缘304F限定面向下的外连杆凸缘面306，使得所有外连杆凸缘面306位于与筒夹组件420的纵向轴线横向垂直的公共平面内。

请再参考图3A、3B和3C，能够看出，在调节机构400完全组装好并处于锁定位置时，外连杆延长部304探入筒夹组件420上的相应底座环凹部435中，筒夹组件420上的底座环延长部427探入相应的外连杆壁凹部335中，使得面向下的筒夹环凸缘肩部428的平面位于面向上的外连杆凸缘肩部305的平面上方，从而在筒夹环凸缘肩部428与外连杆凸缘肩部305之间形成环形间隙G。在环形间隙G内设置筒夹保持环480，该筒夹保持环480的轴向厚度小于环形间隙G的最大轴向长度，使得筒夹保持环480以较松配合的方式处于间隙G内，从而为筒夹组件420提供相对于外连杆300的轴向移动范围(该轴向移动范围又称为“游隙”)。

施加通过筒夹组件420的筒夹指423反作用的轴向拉伸载荷会倾向于导致环形间隙G减小，使其处于将筒夹保持环480夹在筒夹环凸缘肩部428与外连杆凸缘肩部305之间(如图3C所示)的极限值之内，从而有效地向外连杆300直接传递轴向拉伸载荷。

类似地，根据相关部件的具体构造，向筒夹组件420施加轴向压缩载荷会倾向于导致环形间隙G增大到使面向上的底座环肩部432与相应的面向下的外连杆凸缘面306接触或者使面向上的筒夹环凸缘面437与相应的面向下的外连杆肩部337接触的极限值，从而有效地向外连杆300传递轴向压缩载荷。也可将这些部件配置为使得两种极限状态同时出现，即，底座环肩部432与相应的外连杆凸缘面306接触，同时筒夹环凸缘面437与相应的外连杆肩部337接触。

因此，除非筒夹组件420处于其游隙的极限值，否则通过筒夹指423施加的轴向拉伸载荷或轴向压缩载荷都不能通过筒夹臂422传递至外连杆300。

图3A示出了处于锁定位置的调节机构400，其中锁定套筒440如前文所述通过螺纹与外连杆300接合，从而在所示的实施例中，锁定套筒440相对于外连杆300的右旋(即，顺时针)旋转会导致锁定套筒440相对于外连杆300向上移动，而锁定套筒440相对于外连杆300的左旋(即，逆时针)旋转会导致锁定套筒440相对于外连杆300向下移动。锁定销460被示为设置在锁定套筒销孔441内，以便与形成在外连杆300的圆柱形外表面310上的周向锁定销槽303接合，从而在使用可调提环延长件100时防止锁定套筒440意外后退。

为了将锁定机构400移动至解锁位置，可将锁定销460从锁定套筒销孔441中抽出或缩回，然后锁定套筒440可逆时针旋转，从而将筒夹指423从先前接合的一组环形槽510中释放。虽然锁定销460被示为直销，但是这仅是一个非限制性的例子，在不脱离本公开的预定范围的情况下，该部件可按任何在功能上有效的形式提供。在一些情况下，作为另一个例子，锁定销460可按偏心销的形式提供，该偏心销可在接合位置与脱离位置之间旋转调节，而不会被从锁定套筒400移除，从而消除了锁定套筒销孔441丢失甚至可能意外掉落到井眼或套管柱中的风险。

在所示的实施例中，筒夹组件420相对于外连杆300的游隙大于锁定销460在锁定套筒销孔441内相对于锁定套筒440的允许轴向位移。该特征确保在筒夹指负载侧面426与锁定套筒负载侧面444之间保持接触，并且确保从内连杆500向筒夹组件420传递的拉伸提升载荷总是经由筒夹指负载侧面426传递而不是经由筒夹臂422传递，从而允许独立地设计筒夹臂422，以允许筒夹指423在调节期间径向偏转。

请具体参考图3A和3B，能够看出，筒夹指负载侧面426和锁定套筒负载侧面444的相对轴向位置会限定调节机构400的如下两个操作位置：

·在锁定位置(如图3A所示)，筒夹指负载侧面426与锁定套筒负载侧面444接合，锁定销460处于锁定套筒440中的锁定套筒销孔441内，从而与外连杆300上的锁定销槽303接合。由于提升载荷的施加，筒夹指423的径向偏转受到筒夹指423与锁定套筒440的紧密配合接合的约束，使得轴向载荷能够依次从内连杆500传递至筒夹指423，然后传递至锁定套筒440，并最终传递至外连杆300。

·在解锁位置(如图3B所示)，筒夹指负载侧面426从锁定套筒负载侧面444脱开，并且锁定销460已从锁定套筒销孔441移除或缩回。施加足够的伸长载荷或收缩载荷会导致筒夹指423径向偏转，从而使得一组筒夹突起430能够在各组内连杆槽510之间轴向移动。

调节可调提环延长件100的总长度的过程可总结如下：

·从锁定位置开始(如图3A所示)，将锁定销460从锁定套筒销孔441中移除，并使锁定套筒440逆时针旋转并由此相对于外连杆300向下位移，直到调节机构400处于解锁位置(如图3B所示)。然后，可根据需要施加伸长载荷或收缩载荷，以使内连杆500相对于外连杆300伸出或缩回，以移动各组筒夹指突起430使其与内连杆500上的一组选定环形槽510可操作地接合，从而根据需要增大或减小可调提环延长件100的总长度。

·然后使锁定套筒440顺时针旋转，直到锁定套筒销孔441与外连杆300上的锁定销槽303轴向对准，从而将调节机构400恢复到锁定位置(如图3A所示)，由此将锁定销460插入锁定套筒销孔441中，以防止随后的意外过度逆时针旋转以及锁定套筒440沿轴向移出锁定位置的相关风险。如前文所述，用于限制锁定套筒440在处于锁定位置时过度轴向移动的替代装置可按作用在锁定套筒440与外连杆300之间的固定螺钉的形式实现，或者通过安装在锁定套筒440中并可与形成在外连杆300中的锁定卡爪凹窝接合的螺纹锁定卡爪实现。

所属领域的技术人员容易理解，在不脱离本教导的范围的前提下，能够对本公开的实施例进行各种修改，包括使用以后设计或开发的等效结构或材料的修改。

尤其应理解，本公开的范围不旨在限于所说明或示出的实施例，并且对提出或示出的元件或特征的变化形式的替换若不会导致任何实质性功能改变则不构成对本公开的范围的偏离。

例如，如图所示，外连杆300位于内连杆500上方并不是必须的(虽然这种布置在许多应用中可能是最方便的)。在变化实施例中，外连杆300可置于内连杆500下方，外连杆300的下端带有吊卡适配器600，而内连杆500的上端带有连杆适配器200，并且所有这些变化实施例都应被本公开涵盖。

在本专利文件中，术语“包括”的任何形式应理解为非限定性地包含该术语之后的任何元素或特征，但不排除未明确提及的元素或特征。使用不定冠词“一个”来引用某个元素或特征不排除存在不只一个这种元素或特征的可能性，除非在上下文中明确声明有且仅有一个这种元素或特征。

在本文中使用的术语“连接”、“接合”、“联接”、“附接”或描述元件之间的相互作用的任何其它术语的任何形式不意味着把这种相互作用限定为这种元件之间的直接相互作用，还可包括这些元件之间的间接相互作用，例如通过辅助结构或中介结构相互作用。

诸如(但不限于)“轴向”、“圆柱形”、“圆形”、“非圆形”和“轴对称”等关系和构象术语并不旨在表示或要求绝对的数学或几何精度。相应地，除非在上下文中另有明确声明，否则这种术语应理解为仅表示或要求大致精确(例如，“大致同轴”或“大致圆柱形”)。

除非另行明确指出，否则对“大致圆柱形”的元件的任何指代都旨在表示该元件在横截面上看起来基本上是圆柱形的，虽然该元件的横截面构造可沿其长度变化。

在此文件中所用的术语“典型的”和“典型地”应理解并解读为代表一种习惯用法或惯例，不应理解或解读为暗含实质性或不变性。

Claims (17)

1.一种可变长度结构元件，包括：

(a)具有第一端和第二端的细长管状外构件，该外构件的所述第一端设置有外构件的孔；

(b)具有第一端和第二端的细长内构件，该内构件的所述第一端同轴地设置在外构件的孔内；以及

(c)联接至外构件并包括内构件锁定装置的调节机构，其中该调节机构可在以下位置之间操作：

·锁定位置，在该位置，内构件锁定装置在内构件上的选定锁定位置与内构件接合，以防止内构件和外构件的相对轴向移动，从而能够在内构件与外构件之间传递轴向拉伸载荷；以及

·解锁位置，在该位置，内构件锁定装置不防止内构件和外构件的相对轴向移动；

其中，所述内构件锁定装置包括：

(d)筒夹组件，该筒夹组件具有筒夹孔，所述内构件同轴地穿过筒夹孔，并且该筒夹组件包括与外构件的第一端同轴联接的筒夹底座环，筒夹底座环带有从外构件的第一端向远处轴向延伸的多个筒夹臂，每个筒夹臂带有配置为与形成在内构件的外表面上的锁定槽接合的筒夹指；并且筒夹组件具有使得筒夹指能够在限定的轴向移动范围内相对于外构件的第一端轴向移动的装置；以及

(e)圆柱形锁定套筒，该圆柱形锁定套筒在锁定套筒的开敞的第一端和开敞的第二端之间具有锁定套筒孔，其中：

·锁定套筒同轴地围绕筒夹组件，锁定套筒的靠近锁定套筒的第二端的部分与外构件的第一端同轴地重叠，并且锁定套筒的第一端延伸超过外构件的第一端；

·锁定套筒通过锁定套筒联接装置联接至外构件，从而允许锁定套筒相对于外构件在限定的范围内轴向移动，由此能够在锁定位置与解锁位置之间操作调节机构；

·在调节机构处于锁定位置时，锁定套筒孔的靠近锁定套筒的第一端的区域的轮廓使其与筒夹指上的互补轮廓的径向外表面接合；并

且

·筒夹指相对于外构件的第一端的所述限定的轴向移动范围的极限值选择为使得通过筒夹指施加的轴向载荷通过锁定套筒传递至外构件。

2.如权利要求1所述的可变长度结构元件，其中，所述筒夹孔是圆柱形的，并且其中所述锁定槽是形成在内构件的圆柱形外表面上的环形槽。

3.如权利要求1所述的可变长度结构元件，其中，所述内构件的外表面在内构件的带有锁定槽的区域内是非圆形的。

4.如权利要求1所述的可变长度结构元件，其中，所述锁定套筒联接装置包括螺纹连接，该螺纹连接包括：

(a)形成在锁定套筒孔的靠近锁定套筒的第二端的区域内的内螺纹；和

(b)在外构件上形成在靠近外构件的第一端的区域中的外螺纹。

5.如权利要求1所述的可变长度结构元件，还包括用于在调节机构处于锁定位置时约束锁定套筒相对于外构件的轴向移动的轴向约束装置。

6.如权利要求5所述的可变长度结构元件，其中，所述轴向约束装置包括：

(a)形成在外构件的外表面上的锁定销槽；以及

(b)形成在锁定套筒中并且布置并配置为接收锁定销以使锁定销与外构件上的锁定销槽接合从而限制锁定套筒相对于外构件的轴向移动的横向锁定销孔。

7.如权利要求1所述的可变长度结构元件，其中，所述筒夹臂相对于锁定位置或解锁位置沿径向弹性偏置。

8.如权利要求7所述的可变长度结构元件，其中，所述径向是相对于锁定位置的径向向外方向。

9.如权利要求1所述的可变长度结构元件，其中，所述外构件的横截面是非圆形的。

10.如权利要求4所述的可变长度结构元件，其中，所述外构件的横截面是非圆形的，但是在带有外螺纹的区域内具有轴对称的外表面。

11.如权利要求1所述的可变长度结构元件，其中，所述内构件是实心杆。

12.如权利要求11所述的可变长度结构元件，其中，所述实心杆是圆杆。

13.如权利要求1所述的可变长度结构元件，其中，所述内构件是管状构件。

14.如权利要求13所述的可变长度结构元件，其中，所述管状构件是圆管。

15.如权利要求1所述的可变长度结构元件，其中，用于使得筒夹组件能够在限定的轴向移动范围内相对于外构件的第一端轴向移动的装置包括：

(a)从外构件的第一端向下突出的多个间隔开的外连杆延长部，在相邻外连杆延长部之间形成外连杆壁凹部，并形成在相邻外连杆延长部之间延伸的面向下的外连杆肩部；

(b)从每个外连杆延长部径向向外延伸的外连杆凸缘，其中所述外连杆凸缘限定：

·面向上的外连杆凸缘肩部，使得所有外连杆凸缘肩部位于与筒夹组件的纵向轴线横向垂直的公共平面内；以及

·面向下的外连杆凸缘面，使得所有外连杆凸缘面位于与筒夹组件的纵向轴线横向垂直的公共平面内；

(c)从底座环向上延伸的多个底座环延长部，在相邻底座环延长部之间形成底座环凹部，并形成在相邻底座环延长部之间延伸的面向上的底座环肩部；

(d)从各个底座环延长部径向向外延伸的筒夹环凸缘，其中每个筒夹环凸缘限定：

·面向下的筒夹环凸缘肩部，使得所有筒夹环凸缘肩部位于与筒夹组件的纵向轴线横向垂直的公共平面内；以及

·面向上的筒夹环凸缘面，使得所有筒夹环凸缘面位于与筒夹组件的纵向轴线横向垂直的公共平面内；以及

(e)筒夹保持环；

其中：

(f)调节机构组装有探入在相邻底座环延长部之间形成的相应底座环凹部中的外连杆延长部，以及在筒夹组件上探入在相邻外连杆延长部之间的相应的外连杆壁凹部中的底座环延长部，使得面向下的筒夹环凸缘肩部的平面位于面向上的外连杆凸缘肩部的平面上方，从而在筒夹环凸缘肩部与外连杆凸缘肩部之间形成环形间隙；和

(g)在环形间隙内设置的筒夹保持环，使得筒夹组件在第一轴向移动极限值和第二轴向移动极限值之间相对于外连杆可轴向移动：

·在第一轴向移动极限值，筒夹保持环被夹在筒夹环凸缘肩部和外连杆凸缘肩部之间；和

·在第二轴向移动极限值，面向上的底座环肩部接触对应的面向下的外连杆凸缘面，和/或面向上的筒夹环凸缘面接触对应的面向下的外连杆肩部。

16.一种可调提环延长件，包括如权利要求1-15中任一项所述的可变长度结构元件。

17.如权利要求16所述的可调提环延长件，其中，所述外构件的第二端带有用于连接至悬挂在钻机上的顶驱装置上的钻杆吊卡连杆的下端的连杆适配器，并且所述内构件的第二端带有用于连接至钻杆吊卡上的连杆安装耳的吊卡适配器。

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