專利名稱：夾緊和斷開裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于操作帶螺紋的管狀部件的設(shè)備，以及涉及夾緊帶螺紋的管狀部件
和斷開帶螺紋的管狀部件之間的接頭。
背景技術(shù)：
鉆探過程(特別是在地層中的鉆探過程)通常涉及將多個(gè)鉆桿抬升到位，然后將 這些鉆桿連接在一起。被連接的鉆桿形成鉆柱，鉆柱的尖端通常為鉆頭尖。相鄰的鉆桿之間 的連接通常被稱為接頭。當(dāng)一個(gè)具有陽螺紋的鉆桿被旋入與另一個(gè)鉆桿的陰螺紋嚙合時(shí)， 常常在所述鉆桿之間形成接頭。通常使用夾緊和斷開裝置將鉆桿之間的接頭緊固至最大轉(zhuǎn) 矩。在鉆探過程中，鉆機(jī)施加軸向的力并旋轉(zhuǎn)鉆柱，這往往導(dǎo)致這些接頭變得很緊，可能需 要極大的力來斷開接頭及分離鉆桿。
當(dāng)從鉆孔(在鉆探期間產(chǎn)生的孔)中取出鉆柱時(shí)，可能需要通過將鉆柱起出鉆孔而
取出整柱的鉆桿。在這完成時(shí)，通常通過旋開相鄰鉆桿的陽螺紋端和陰螺紋端來斷開所述桿
的每個(gè)接頭(目前可能非常緊)。在一些情況下，多個(gè)鉆桿(通常為約5、 10或20英尺)可
被連接形成延伸很長(zhǎng)距離的柱。這樣，單個(gè)鉆柱可能有幾百個(gè)接頭需要被斷開和分離。鉆桿
通常被緊固至比由鉆頭所施加的轉(zhuǎn)矩更高的轉(zhuǎn)矩。相應(yīng)地，接頭中可能有類似的高轉(zhuǎn)矩。 傳統(tǒng)上，使用若干方法和相應(yīng)的裝置來斷開相鄰鉆桿的帶螺紋端之間的連接。所
提出的這些方法和裝置中的大多數(shù)典型地使用一些形式的帶動(dòng)力的扳鉗或類似的工具，以
提供斷開鉆桿之間的螺紋連接所必需的轉(zhuǎn)矩。典型地，通過用一個(gè)夾爪保持一個(gè)鉆桿不動(dòng)，
同時(shí)使用另一個(gè)夾爪在合適的方向上旋轉(zhuǎn)另一個(gè)鉆桿來旋接(或旋開)兩個(gè)鉆桿。 盡管這樣的配置能夠滿足斷開接頭，不時(shí)還會(huì)出現(xiàn)困難。例如，許多工具僅提供固
定的或小范圍的抓緊直徑，使得當(dāng)從一個(gè)直徑變成另一個(gè)直徑時(shí)，必需更換夾爪或整個(gè)裝
置。此外，一些工具提供夾爪組之間的固定的軸向距離，使得不能適應(yīng)更長(zhǎng)或更短的螺紋連
接。此外，許多工具不能提供鉗模具上的接觸表面與鉆桿之間的足夠的摩擦接觸，致使鉆桿
在旋接或旋開時(shí)滑動(dòng)，導(dǎo)致低效率及安全隱患。在鉗模具隨著時(shí)間的推移而磨損時(shí)，該問題
可能變得更加嚴(yán)重。而滑動(dòng)自身甚至也能導(dǎo)致鉗模具上的磨損。另外，許多現(xiàn)有工具被制
造成具有必須經(jīng)常更換的鉗模具，導(dǎo)致在更換鉗模具而停止鉆探操作時(shí)的低效率。 在更換鉗模具時(shí)可能出現(xiàn)另一個(gè)潛在的困難。例如，在許多系統(tǒng)中，只有在從鉆孔
中取出整個(gè)鉆柱后才能更換鉗模具。否則沒有足夠的空間用以更換鉗模具。這導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)
是，整個(gè)鉆柱可能滑出夾爪并掉回到鉆孔中。 本文中所要求保護(hù)的主題并不限于解決任何缺點(diǎn)的或僅在諸如上述那些環(huán)境中 操作的實(shí)施例。相反地，該背景技術(shù)僅被提供用以說明一個(gè)示例性的技術(shù)領(lǐng)域，本文中所述 的一些實(shí)施例可以在該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)實(shí)施。

發(fā)明內(nèi)容
在至少一個(gè)示例中，一種夾爪組件包括具有第一端和第二端的夾爪主體以及限定
4在夾爪主體中的至少一個(gè)插袋。所述插袋包括相對(duì)于在第一端和第二端之間的平面成弓形
的側(cè)面以及與第二端連通的開口。形成的肩在夾爪主體的第一端上。夾爪主體與該開口連
通。夾爪組件還包括具有至少部分弓形形狀的、與插袋互補(bǔ)的至少一個(gè)插件，其中，插件被
設(shè)置成在插袋內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并且其中，肩被設(shè)置成使插件相對(duì)于第二端保持在插袋內(nèi)。 還能夠提供一種用于夾緊和斷開帶螺紋的管狀部件的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括被設(shè)置成
抓緊帶螺紋的管狀部件的夾緊裝置。該夾緊裝置又包括殼體和與該殼體相聯(lián)的基座?？梢?br> 提供斷開裝置以抓緊和旋轉(zhuǎn)帶螺紋的管狀部件，該斷開裝置又包括殼體和與該殼體相聯(lián)的
基座，其中，夾緊裝置的基座和斷開裝置的基座被設(shè)置成獨(dú)立地安裝在至少一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)上。 發(fā)明內(nèi)容以簡(jiǎn)化的形式介紹各種概念，這些概念還將在下面具體實(shí)施方式
的詳細(xì) 描述中描述。該發(fā)明內(nèi)容并非旨在確定所要求保護(hù)的主題的主要特征或本質(zhì)特征，也并非 旨在用于確定所要求保護(hù)的主題的范圍。


為進(jìn)一步闡明本發(fā)明的上述的和其他的優(yōu)點(diǎn)及特征，將參考在附圖中示出的特定
實(shí)施例提供針對(duì)本發(fā)明的更詳細(xì)的描述。應(yīng)理解，這些附圖僅描繪本發(fā)明的典型實(shí)施例，因 此不應(yīng)被理解為限定本發(fā)明的范圍。通過使用附圖以附加的特征和細(xì)節(jié)描述和解釋本發(fā)
明，附圖中 圖1A示出包括根據(jù)一個(gè)示例的夾緊和斷開系統(tǒng)的鉆探系統(tǒng)；
圖1B示出根據(jù)一個(gè)示例的夾緊和斷開系統(tǒng)的分立的立體圖；
圖2A示出根據(jù)一個(gè)示例的夾緊裝置的分解圖；
圖2B示出根據(jù)一個(gè)示例的裝配好的夾緊裝置的俯視圖；
圖3A示出根據(jù)一個(gè)示例的斷開裝置的分解圖
圖3B示出根據(jù)一個(gè)示例的斷開裝置的俯視圖
圖4A示出根據(jù)一個(gè)示例的夾爪組件的立體圖
圖4B示出根據(jù)一個(gè)示例的夾爪組件的俯視圖，在該夾爪組件中，蓋板被移除；
圖4C示出根據(jù)一個(gè)示例的夾爪組件的俯視圖；
圖5示出根據(jù)一個(gè)示例的夾爪組件；以及
圖6示出根據(jù)一個(gè)示例的夾爪組件。 結(jié)合以下描述，

了示例裝置和方法的非限定性特征。為了清楚起見，附圖 中可能放大了部件的厚度和構(gòu)形。不同的附圖中的相同的標(biāo)號(hào)代表相似(但不一定完全相 同)的元件。
具體實(shí)施例方式
以下描述提供具體細(xì)節(jié)，以便能被徹底地理解。然而，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不采 用這些具體細(xì)節(jié)的情況下也可以實(shí)現(xiàn)及使用該裝置以及相關(guān)的組裝和使用的方法。當(dāng)然， 可以通過修改所述裝置和相關(guān)的方法來將該裝置和相關(guān)的使用方法付諸實(shí)踐，并且可以結(jié) 合工業(yè)上傳統(tǒng)使用的任何裝置、系統(tǒng)、部件和/或技術(shù)來使用該裝置和相關(guān)的方法。例如， 雖然以下描述集中在將本方案與通常被用在地基和勘探鉆探中的鉆機(jī)一起使用，但是本方案也適于與用在石油或天然氣工業(yè)中的鉆機(jī)一起使用，或適于任何其他應(yīng)用，在這些應(yīng)用 中，帶螺紋的管狀部件間的接頭被斷開。 用于組裝和拆開管狀部件的裝置包括一組夾爪，所述夾爪用于抓緊或夾緊兩個(gè)鄰 接的鉆桿的端部，然后相對(duì)于一個(gè)鉆桿旋轉(zhuǎn)另一個(gè)鉆桿。在下述實(shí)施例中，該組夾爪包括兩 個(gè)夾爪， 一個(gè)夾爪置于兩個(gè)鄰接的鉆桿的一個(gè)鉆桿上，另一個(gè)夾爪置于另一個(gè)鉆桿上。然 而，在其他實(shí)施例中，可包括附加的夾爪。例如，可以有一個(gè)夾爪，用于抓緊第一鉆桿；以及 有多個(gè)夾爪，用于抓緊另一個(gè)鉆桿，或反之亦然。在另一示例中，對(duì)于每個(gè)鉆桿可有多個(gè)夾 爪。 為了松開兩個(gè)帶螺紋的鉆桿，將螺紋連接的接頭定位在包括固定夾爪的夾緊裝置 與包括可旋轉(zhuǎn)的夾爪的斷開裝置之間。固定夾爪夾緊較低的鉆桿，該鉆桿仍能部分地保持 在地表以里?？尚D(zhuǎn)的夾爪夾緊較高的鉆桿，即在地表以上并通常在鉆機(jī)的鉆桅上的鉆桿。 隨后，可旋轉(zhuǎn)的夾爪充分旋轉(zhuǎn)較高的鉆桿，以斷開螺紋連接。 圖1A示出根據(jù)一個(gè)示例的鉆探系統(tǒng)IO，鉆探系統(tǒng)IO包括夾緊和斷開系統(tǒng)100。夾 緊和斷開系統(tǒng)100通常包括夾緊裝置200和斷開裝置300。在所示的示例中，鉆探系統(tǒng)100 包括鉆機(jī)105。桅桿110可以與鉆機(jī)105耦接。桅桿110被設(shè)置成支撐鉆頭120。具體地， 當(dāng)鉆頭120在桅桿110的上端110A和下端110B之間轉(zhuǎn)移時(shí)，桅桿110支撐鉆頭120。盡管 在特定方位上示出桅桿110，但應(yīng)當(dāng)理解，桅桿110可被定向到任何所期望的角度。
鉆頭120在作業(yè)中與鉆柱130聯(lián)結(jié)，鉆柱130可以包括多個(gè)鉆桿140。鉆頭120包 括配合特征，該配合特征被設(shè)置成與鉆桿140的頭或上端140A上相應(yīng)的配合特征嚙合。在 至少一個(gè)示例中，鉆頭120包括陽性特征，諸如陽螺紋，而鉆桿140的頭端140A包括陰性特 征，諸如陰螺紋。從而，鉆桿140上的陰性特征可被旋轉(zhuǎn)以與鉆頭120上的陽性特征嚙合。
此外，鉆桿140的鉆頭尖端140B可包括陽性特征，諸如陽螺紋，鉆桿140可以類似 地與附加的鉆桿耦接，以形成鉆柱130。鄰接的鉆桿間的接合處可被稱為接頭145。雖然所 述的上端(頭端)具有陽性特征，諸如陰螺紋，而下端(鉆頭尖端)具有陰性特征，例如陰 螺紋，但是個(gè)別的鉆桿也可以以任何方式與其他鉆桿配對(duì)。 鉆頭尖150在作業(yè)中與鉆柱130的下端聯(lián)結(jié)。鉆頭120向鉆柱130施力，所述力 被至少部分地傳遞給鉆頭尖150，因而致使鉆頭尖150前進(jìn)穿過地基160。施加到鉆柱130 上的力可以包括但不限于旋轉(zhuǎn)的力、軸向的力、敲擊的力和/或振動(dòng)的力及這些力的任意 組合。 為便于參考，在下面的描述中，假設(shè)將鉆頭設(shè)置成向鉆柱130并進(jìn)而向鉆頭尖150 施加旋轉(zhuǎn)的軸向力。在至少一個(gè)示例中，旋轉(zhuǎn)力可被描述成在第一方向上旋轉(zhuǎn)，第一方向可 以是順時(shí)針方向。為便于參考，也將描述第二方向，第二方向可以是逆時(shí)針方向。這些指定 的方向是任意的，并且可以以所期望的方式旋轉(zhuǎn)裝置。 如前所述，鉆探系統(tǒng)IO包括用于相對(duì)于桅桿110轉(zhuǎn)移鉆頭120的機(jī)構(gòu)和/或裝置。 該轉(zhuǎn)移包括在鉆頭尖150剌穿地基160時(shí)推進(jìn)鉆頭120。在鉆探操作期間，夾緊裝置200和 斷開裝置300都可以從鉆柱130處脫離，以允許鉆柱130自由移動(dòng)?？梢允褂脢A緊裝置200 夾緊鉆桿140'，以允許斷開裝置300旋轉(zhuǎn)鉆桿140，從而斷開接頭145。
夾緊裝置200可被定位在任何期望的位置上，諸如桅桿110的下端110B附近。斷 開裝置300可獨(dú)立于夾緊裝置200而被定位。在至少一個(gè)示例中，斷開裝置300可以被固定在桅桿110的多個(gè)不同位置上，以在夾緊裝置200與斷開裝置300之間提供所期望的間 隔。 圖1B示出夾緊和斷開系統(tǒng)100的立體圖。如圖所示，夾緊和系統(tǒng)100可以被固定 在桅桿110上(圖1A)。如圖IB中所示，夾緊裝置200和斷開裝置300可以被分立地和/ 或獨(dú)立地移動(dòng)和/或安裝。從而，夾緊裝置200和斷開裝置300能夠以各自所期望的方式 被定位，從而能在兩者之間提供所期望的間隔量。此外，除了桅桿，夾緊裝置200和斷開裝 置300能夠耦接到一個(gè)或多個(gè)其他的支撐結(jié)構(gòu)。所述支撐結(jié)構(gòu)也可包括任何已知的鉆機(jī)的 一部分，如桅桿IIO(圖1)。當(dāng)然，可以使用其他的固定位置諸如挖掘機(jī)附件或甚至分立的 支撐結(jié)構(gòu)，如在長(zhǎng)的定向鉆探情況下，使用鉆孔的管側(cè)。下面討論示例性的夾緊裝置200，然 后討論示例性的斷開裝置300。 圖2A示出根據(jù)一個(gè)示例的夾緊裝置200的分解圖。如圖2A所示，夾緊裝置200 包括具有頂部205A和底部205B的殼體205。頂部205A和底部205B被基座210和許多附 加的外圍支撐物間隔開。除了維持頂部205A和底部205B相互間隔開，基座210還能夠允 許將夾緊裝置200固定在支撐結(jié)構(gòu)的所期望的位置上，從而提供穩(wěn)定的平臺(tái)，夾緊裝置200 可以基于該平臺(tái)工作。 在至少一個(gè)示例中，頂部205A和底部205B可以具有大體類似的構(gòu)造。在其他的 示例中，頂部205A和底部205B可以具有不同的構(gòu)造。為便于參考，將論述頂部205A和底 部205B具有大體類似的構(gòu)造的示例。因此，對(duì)頂部205A的論述可適用于底部205B。
殼體205被設(shè)置成支撐夾緊裝置200的一個(gè)或多個(gè)部件，包括一個(gè)或多個(gè)線性致 動(dòng)器，諸如夾緊氣缸215、215'，夾緊氣缸215、215'被設(shè)置成定位一個(gè)或多個(gè)夾爪組件400、 400，。特別地，如圖2B所示，頂部205A通常包括相對(duì)的臂225A、225A'。開口 230被限定在 殼體205的中間部分的附近，并且穿過頂部205A。開口 230的尺寸能夠被設(shè)定為允許鉆桿 或不同直徑的其他伸長(zhǎng)的螺紋部件穿過夾緊裝置200。 如圖2A和圖2B所示，通過外插銷235、235'將夾緊氣缸215、215'固定到殼體205 上。具體地，外插銷235、235'可以穿過頂部205A、穿過夾緊氣缸215、215'、并至少部分地 穿過底部205B。外插銷235、235'能夠以任何合適的方式固定就位，諸如通過螺帽、通過與 一個(gè)或多個(gè)頂部205A或底部205B螺紋嚙合、通過鎖/卡環(huán)、通過這些方式的組合或以任何 其他的方式。此外，可以使用多個(gè)緊固件來固定本文所述的多個(gè)部件。為清楚地描述夾緊 和斷開系統(tǒng)10 (圖1A至圖1B)的操作，省略了一些這樣的緊固件。 夾緊氣缸215、215'能夠在其伸出和縮回時(shí)以任意方式將力傳遞給夾爪組件400、 400'。具體地，可以在頂臂225A、225A'與底臂225B、225B'之間限定通道，通道的尺寸被確 定為在通過伸出和縮回夾緊氣缸215、215'而移動(dòng)夾爪組件400、400'時(shí)接收并引導(dǎo)夾爪組 件400、400'。在示出的示例中，夾緊氣缸215、215'的伸出和縮回將夾爪組件400、400'移 入或移出開口 230。在至少一個(gè)示例中，夾緊氣缸215、215'能夠在其伸出時(shí)將力直接施加 到夾爪組件400、400'上。此外，內(nèi)插銷240、240'能夠?qū)A緊氣缸215、215'固定到夾爪組 件400、400'上，使得當(dāng)夾緊氣缸215、215'縮回時(shí)，夾緊氣缸215、215'相對(duì)于殼體205移 動(dòng)夾緊氣缸215、215'。夾緊裝置200還可包括保持結(jié)構(gòu)(retention structure)，諸如保 持帶242，保持結(jié)構(gòu)被設(shè)置成將帶螺紋的管狀部件保持在開口 230內(nèi)。在所示的示例中，保 持帶242能夠以可移除的方式通過插銷244耦接到殼體204。移動(dòng)夾爪組件400、400'和將夾爪組件400、400'從開口 230移開能 夠允許夾爪組件400與鉆桿或不同直徑的其他的伸長(zhǎng)的帶螺紋部件嚙合，以及允許向鉆桿 施加足夠的力，從而夾緊鉆桿。夾緊鉆桿可以包括施加足夠的力，從而減小或消除鉆桿相對(duì) 于夾爪組件400、400'的旋轉(zhuǎn)。在至少一個(gè)示例中，夾爪組件400、400'可以是大體類似的。 在其他的示例中，能以不同的方式設(shè)置夾爪組件400、400'。此外，能夠如所期望的那樣提供 多于或少于兩個(gè)的夾爪組件400 、400'。 如前所述，夾爪組件400、400'被設(shè)置成與鉆桿抓緊接觸，從而減少或阻止鉆桿的 旋轉(zhuǎn)。減少或阻止鉆桿的旋轉(zhuǎn)能夠允許斷開裝置300旋轉(zhuǎn)在兩個(gè)鉆桿之間的接頭的相對(duì)側(cè) 上的另一個(gè)鉆桿，以斷開該接頭。下面更加詳細(xì)地描述一個(gè)示例性的斷開裝置。
圖3A示出根據(jù)一個(gè)示例的斷開裝置300的俯視圖。斷開裝置300被設(shè)置成通過 第一套致動(dòng)器(諸如夾緊氣缸)的動(dòng)作夾緊鉆桿或其他的帶螺紋的管狀部件；并且通過使 用第二套致動(dòng)器(諸如斷開氣缸)斷開在鉆桿或其他的伸長(zhǎng)的帶螺紋部件之間的接頭。
例如，如圖3A所示，斷開裝置300包括具有頂部305A和底部305B的夾緊殼體305。 頂部305A和底部305B被許多外圍支撐物間隔開。在至少一個(gè)示例中，頂部305A和底部 305B可以具有大體類似的構(gòu)造。在其他的示例中，頂部305A和底部305B可以具有不同的 構(gòu)造。為便于參考，將論述頂部305A和底部305B具有大體類似的構(gòu)造的示例。因此，對(duì)頂 部305A的論述可以適用于底部305B。 夾緊殼體305被設(shè)置成支撐一個(gè)或多個(gè)部件，以向鉆桿施加夾緊力，包括一個(gè)致 動(dòng)器，諸如夾緊氣缸315、315'。夾緊氣缸315、315'被設(shè)置成定位一個(gè)或多個(gè)夾爪組件400、 400'。與斷開裝置300相聯(lián)的夾爪組件400可以和與夾緊裝置200相聯(lián)的夾爪組件大體上 類似，也可以不同。 具體地，如圖3B所示，頂部305A通常包括相對(duì)的臂325A， 325A'。開口 330被限定 在殼體305的中間部分的附近，并且延伸穿過頂部305A和底部305B(圖3B)。繼續(xù)參考圖 3B，開口 330的尺寸能夠被設(shè)定為允許鉆桿或不同直徑的其他伸長(zhǎng)的帶螺紋部件穿過夾緊 裝置300。 如圖3A和圖3B所示，通過外插銷335、335'將夾緊氣缸315、315'固定到夾緊殼 體305上。具體地，外插銷335、335'可以穿過頂部305A、穿過夾緊氣缸315、315'、并且至 少部分地穿過底部305B。 夾緊氣缸215、215'能夠在其伸出和縮回時(shí)以任意方式將力傳遞給夾爪組件400、 400'。特別地，可以在頂臂225A、225A'與底臂225B、225B之間限定通道，通道的尺寸被確 定為當(dāng)通過伸出和縮回夾緊氣缸215、215'移動(dòng)夾爪組件400、400'時(shí)接收并引導(dǎo)夾爪組件 400、400'。在示出的示例中，夾緊氣缸315、315'的伸出和縮回將夾爪組件400、400'朝向 開口 330移動(dòng)和從開口 330移開。 除了夾緊殼體305，斷開裝置300可以包括斷開殼體350，斷開殼體350通?？梢?包括頂部350A和底部350B，頂部350A和底部350B被基座352和許多附加的外圍支撐物間 隔開。頂部350A與底部350B之間的間隔(圖3A)允許斷開殼體350在其中容納夾緊殼體 305的至少一部分。此外，夾緊殼體305可以以任意方式與斷開殼體350旋轉(zhuǎn)耦接，從而允 許斷開殼體350旋轉(zhuǎn)夾緊殼體305，接著可以旋轉(zhuǎn)被夾爪組件400、400'夾緊的鉆桿。
如圖3A所示，夾緊殼體305可通過一個(gè)或多個(gè)接口軸承環(huán)(interfacingbearing
8ring)耦接到斷開殼體350。例如，軸承環(huán)355、355'可以分別與夾緊殼體305的頂部305A 和底部305B的外表面相聯(lián)。附加軸承環(huán)360、360'可以與斷開殼體350的內(nèi)表面耦接。在 至少一個(gè)示例中，間隔裝置362、362'可以將軸承環(huán)360、360'分別耦接到頂部305A和底部 305B。在所述示例中，軸承環(huán)355、355'可具有弓形形狀以及輪緣(rim) 365、365，輪緣365、 365'被定位在軸承環(huán)355、355'的外部分上。 軸承環(huán)360、360'可以具有與軸承環(huán)355、355'有互補(bǔ)性的形狀。此外，軸承環(huán)360、 360'可以包括朝向軸承環(huán)360、360'的內(nèi)部分定位的輪緣370。這樣的構(gòu)造限制和引導(dǎo)夾緊 殼體305相對(duì)于斷開殼體350的移動(dòng)，從而允許夾緊殼體305關(guān)于斷開殼體350旋轉(zhuǎn)。在 至少一個(gè)示例中，可以使用軸承或其他機(jī)構(gòu)，以減小與夾緊殼體305關(guān)于斷開殼體350的旋 轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)的摩擦。在其他的示例中，可以使用樞軸、插銷、其他的旋轉(zhuǎn)裝置和或它們的組合， 以允許夾緊殼體305關(guān)于斷開殼體350旋轉(zhuǎn)。 如所述，可以操縱夾緊氣缸315以將夾爪組件400、400'移動(dòng)到與接頭一側(cè)的一個(gè) 鉆桿嚙合，同時(shí)夾緊裝置200(圖2A至圖2B)夾緊接頭另一側(cè)的另一個(gè)鉆桿。斷開裝置300 可以通過被這樣嚙合的夾爪組件400、400'旋轉(zhuǎn)夾緊殼體305，從而斷開接頭。當(dāng)斷開裝置 300旋轉(zhuǎn)鉆桿時(shí)，由斷開裝置300所施加的力可被斷開臂380、380'吸收，因此能減少傳輸給 支撐結(jié)構(gòu)的力和/或振動(dòng)。 特別地，斷開裝置300包括至少一個(gè)致動(dòng)器，諸如斷開氣缸375、375'。斷開氣缸 375、375'可以耦接到斷開臂380、380'，斷開臂380、380'延伸超出基座352。斷開氣缸375、 375'可以通過插銷385、385'與斷開臂380、380'耦接，以及通過插銷390、390'與夾緊殼體 305耦接。斷開臂3S0、380'被定位成當(dāng)斷開氣缸375、375'伸出和縮回時(shí)，向夾緊殼體305 施力，從而致使夾緊殼體305相對(duì)于斷開殼體350繞著軸承環(huán)355、355'和360、360'旋轉(zhuǎn)。
特別地，當(dāng)斷開氣缸375伸出時(shí)，斷開氣缸375在臂325A、325B上施力，以使得夾 緊殼體305旋轉(zhuǎn)。類似地，斷開氣缸375'可以縮回，以拉動(dòng)臂325A' 、325B在相同的方向上 旋轉(zhuǎn)。將斷開氣缸375、375的伸出和縮回對(duì)調(diào)能夠?qū)е聤A緊殼體305在相反的方向上相對(duì) 于斷開殼體350旋轉(zhuǎn)。因此，斷開裝置300通過布置致動(dòng)器，能夠夾緊并在兩個(gè)方向上旋轉(zhuǎn) 鉆桿，從而允許斷開裝置300斷開右螺旋和左螺旋的接頭。此外，斷開裝置300能夠通過類 似或相同的斷開轉(zhuǎn)矩?cái)嚅_右螺旋和左螺旋的接頭。盡管上文中所討論的致動(dòng)器被描述成包 括液壓氣缸，應(yīng)理解，可以使用任何類型的致動(dòng)器。例如，線性致動(dòng)器可以包括電動(dòng)的或其 他的螺線管、鏈驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、齒輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、線性致動(dòng)器或它們的組合。 大體上參考夾爪組件討論了在上文中所論述的致動(dòng)器?？梢允褂貌煌愋偷膴A爪 組件抓緊和夾緊鉆桿或其他伸長(zhǎng)的帶螺紋部件。下面將描述示例性的夾爪組件，該夾爪組 件包括多個(gè)抓緊接觸(gri卯ing contact)，所述抓緊接觸被設(shè)置成與不同尺寸和形狀的伸 長(zhǎng)的帶螺紋部件結(jié)合。在圖4A至圖4C中更詳細(xì)地示出一個(gè)示例性的夾爪組件400。
圖4A示出夾爪組件400的分解圖。如圖4A所示，夾爪組件400大體包括具有第 一端405A和第二端405B的夾爪主體405。盡管夾爪主體405被繪制成大體上為矩形，應(yīng) 理解，夾爪主體可以是任意形狀包括圓形、方形、三角形或任何其他能實(shí)現(xiàn)其功能的合適形
狀。例如，夾爪主體405能夠適用于減少或消除夾爪主體405的第二端405B與所嚙合的帶 螺紋的管狀部件之間的直接接觸。同樣地，夾爪主體405可被設(shè)置成，使得不管是相對(duì)于夾 緊裝置的殼體205和/或相對(duì)于斷開裝置300的夾緊殼體305，夾爪都能被流暢和穩(wěn)定地推進(jìn)及縮回。 如圖4A所示，夾爪主體405包括被限定在其中的插袋410、410'。插袋410、410' 被設(shè)置成容納插件415、415'。插袋410、410'可以被成形為允許插件415、415'在其中旋 轉(zhuǎn)。特別地，插件415、415'可以具有弓形外形。插袋410、410'可以具有類似的形狀或可 以被不同地設(shè)置。插件415、415'被設(shè)置成具有抓緊特征，諸如以可移除的方式與插件耦接 的鉗模具420。與每個(gè)插件415、415'相聯(lián)的鉗模具420可以類似或不同。
通過所示出的這些圓形插件415 、 415'，夾緊和斷開裝置能穩(wěn)固地抓緊多種直徑的 管(或桿)。通常，能夠被穩(wěn)固地抓緊的直徑的范圍從大約60mm至大約350mm。在該直徑 范圍的后面部分，被結(jié)合在每個(gè)圓形插件415、415'中的鉗模具420在如圖1A所示的鉆探 操作期間與管狀部件的外表面大體上恒定接觸。該布置在工作期間允許多于四個(gè)的摩擦接 觸點(diǎn)，諸如八個(gè)或更多個(gè)的摩擦接觸點(diǎn)，然而另一方面，傳統(tǒng)的夾爪設(shè)計(jì)通常僅提供四個(gè)摩 擦接觸點(diǎn)。所增多的摩擦接觸點(diǎn)能夠提供更好的負(fù)載傳遞，從而提升容量和安全性，同時(shí)減 低相關(guān)部件上的磨損。 夾爪組件400還可以包括被固定在夾爪主體405上的相對(duì)的板425A、425B。在至 少一個(gè)示例中，板425A可以通過一個(gè)或多個(gè)緊固件430耦接到夾爪主體405。板425A、425B 的特征是在工作期間其很少或幾乎不直接接觸相應(yīng)的帶螺紋的鉆桿。因此，所述側(cè)面的板 不會(huì)因?yàn)閵A爪的旋接動(dòng)作和旋開動(dòng)作而減損。另外，不需要更換所述板，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)因?yàn)?與鉆桿的摩擦而磨損。 能夠以任何適合的方式諸如通過焊接將板425B固定在夾爪主體405的相對(duì)側(cè)上。 插件415、415'能被定位在插袋410、410'中。插袋410、410'的弓形側(cè)面可以包括肩435、 435'。插袋410、410'的弓形側(cè)面可允許插件415、415'在插袋410、410'內(nèi)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)肩 435、435'可以將插件415、415'保持在插袋410、410'內(nèi)，如將在下文中更加詳細(xì)地討論的 那樣。 應(yīng)理解，對(duì)插件415'的討論也可適用于插件415。如圖4A所示，插件415'可以 包括被限定在其中的止動(dòng)通道440A'、440B'。止動(dòng)通道440A'、440B'可被設(shè)置成與止動(dòng)器 (stop)445A'、445B'嚙合，止動(dòng)器445A'、445B'可穿過板425A、425B中的開口 450A，并且進(jìn) 入到與一個(gè)或多個(gè)止動(dòng)器袋452嚙合。當(dāng)止動(dòng)器445A、445B被這樣定位時(shí)，止動(dòng)器445A、 445B也可以與止動(dòng)通道440嚙合。當(dāng)插件415'旋轉(zhuǎn)時(shí)，止動(dòng)器445A、445B允許插件415' 在與止動(dòng)通道440A、440B的端的嚙合處之間旋轉(zhuǎn)。通常，盡管能夠提供大范圍的旋轉(zhuǎn)，在一 些情況下，旋轉(zhuǎn)可以在大約22.5。至大于45°之間。 因此，夾爪組件被設(shè)置成允許插件415、415'相對(duì)于夾爪主體405旋轉(zhuǎn)，同時(shí)插袋 410、410'的構(gòu)造幫助防止插袋410、410'被不經(jīng)意地從夾爪主體405中移出。板425A和 425B還可幫助將插件415、415'保持在夾爪組件400內(nèi)。使用緊固件430將板425A固定在 主體405上的方式可以允許移除板425，以便能夠夠到插件，諸如用以更換插件、保養(yǎng)插件 415、415'或用于其他的目的。 如上所述，夾爪組件400可以包括在第一端405A中形成的凹部。該凹部可被形成 為大體上垂直于第一端405A并且大體上平行于夾爪組件400與管狀部件的外表面的嚙合 方向。該凹部可位于大體上沿著夾爪的動(dòng)作的中間線，使得十字插銷孔和插銷240(圖2A) 能夠穿過該凹部。
該凹部被設(shè)置成容納活塞閂(piston bar)，借助于上述夾緊缸推進(jìn)和縮回活塞 閂?；钊V與所述凹部配合，使得活塞閂的前表面與夾爪主體405接觸，從而在夾緊操作期 間驅(qū)動(dòng)夾爪組件。通過這種方式，活塞閂直接地驅(qū)動(dòng)夾爪組件而不用借助十字插銷240。但 是，在夾緊操作后縮回活塞閂時(shí)，十字插銷240能夠幫助確保夾爪組件400與活塞閂一起被 縮回。 夾爪主體405被設(shè)置成嚙合帶螺紋的管狀部件，諸如圖4B所示的鉆桿460。當(dāng)夾 爪主體405與鉆桿460接觸時(shí)，插件415、415'相對(duì)于夾爪主體405樞轉(zhuǎn)，以將鉗模具420 移動(dòng)到與鉆桿460接觸。如圖4B和圖4C所示，夾爪主體鉗模具420能夠旋轉(zhuǎn)以抓緊具有 不同直徑的鉆桿460 (圖4B) 、460'(圖4C)，同時(shí)最大化與鉆桿接觸的鉗模具420的表面積 量。除了允許夾爪主體405抓緊具有大范圍直徑的鉆桿，樞轉(zhuǎn)的插件415、415'還能最大化 夾爪組件400、400'施加到鉆桿460、460'上的夾緊力。此外，這樣的布置可允許操作者使 用容易得到的備件。 至此，描述了插件和鉗模具的一種構(gòu)造。如圖5所示，夾爪組件500可以具有以不 同方式設(shè)置的插件515和與插件515、515'交互的相應(yīng)的鉗模具以及鉗模具420。如圖5所 示，夾爪主體505可被設(shè)置成容納具有抓緊墊520的圓形插件515。此外，不同的插件可以 具有附隨的可置換的墊，以適應(yīng)多個(gè)角度或布置。通過這樣的方式，如前所述，夾爪組件能 夠抓緊多種直徑的帶螺紋的管狀部件。 例如，如圖6所示，插件600可包括槽610和切口 620，使得在期望不同類型的墊或 新的墊時(shí)，能夠容易地移除或取下并取代抓緊墊。此外，可以與包括模具和墊的插件一起使 用任意類型的鉗模具或抓緊墊，以促進(jìn)或改變抓緊能力。其中模具和墊為光滑的或結(jié)合有 褶皺、墊、凸起、齒等。實(shí)際上，可以使用不同形狀和樣式的模具和墊，以促進(jìn)或改變抓緊能 力。 盡管上述圓形的插件包括兩個(gè)用于鉗模具的溝槽，在一些實(shí)施例中，插件可以根 據(jù)需要包括一個(gè)、三個(gè)、或甚至更多個(gè)鉗模具。同樣地，盡管上述插件包括一個(gè)抓緊墊，插件 可以包括一個(gè)、兩個(gè)、或甚至更多個(gè)抓緊墊。此外，在前面所示的物理描述之外，還可以在夾 爪組件內(nèi)使用多種類型的圓形插件。 盡管描述了鉗模具和抓緊墊，可以與任何類型的插件一起使用任何類型的磨損插 件。在一些示例中，由于被抓緊的鉆桿的尺寸，鉗模具將被用于某些類型的插件。在其他的 示例中，由于被抓緊的鉆桿的尺寸，使用抓緊墊。鉗模具和抓緊墊的外形可不同，因此，鉗模 具和抓緊墊能夠適于和用于不同的目的。 夾緊裝置200、斷開裝置300、及它們的部件可以由任何合適的材料來制造，所述 材料在結(jié)構(gòu)方面足夠完成夾緊裝置200、斷開裝置300及它們的部件所預(yù)定的功能。這樣的 材料可以包括但不限于鋼、鋁、黃銅、銅、和其他金屬合金。此外，可以通過現(xiàn)有技術(shù)中已知 的方法，由任意或全部這這些材料來形成所述部件。 夾緊和斷開裝置可被用在任何所期望的方向上。例如，上面的描述典型地涉及豎 直方向，使得夾緊和斷開裝置被被用在處于豎直位置的鉆桿上。但所述裝置可以用于處于 水平位置的鉆桿。事實(shí)上，所述裝置可被用于朝向任何角度的任意帶螺紋的管狀部件。
在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，可以以其他具體的形式來實(shí)施本發(fā) 明。應(yīng)在所有方面認(rèn)為所述實(shí)施例僅是說明性的而非限制性的。因此，本發(fā)明的范圍時(shí)通過所附權(quán)利要求而非前面的描述而指定的。在權(quán)利要求的含義和等同的范圍內(nèi)所作的所有 改變都包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種夾爪組件，包括具有第一端和第二端的夾爪主體；在夾爪主體中形成的至少一個(gè)插袋，所述插袋包括相對(duì)于在所述第一端和第二端之間的平面成弓形的側(cè)面以及與所述第二端連通的開口；形成在所述夾爪主體的第一端上并且與所述開口連通的肩；至少一個(gè)插件，所述插件具有至少部分弓形的、與所述插袋互補(bǔ)的形狀，其中，所述插件設(shè)置成在所述插袋內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并且其中，所述肩被設(shè)置成將所述插件相對(duì)于所述第二端保持在插袋內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾爪組件，其中，所述插袋具有部分圓形的側(cè)面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾爪組件，還包括至少一個(gè)可移除的、與所述插件耦合的抓 緊特征。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾爪組件，還包括與所述插件配合的止動(dòng)器，所述止動(dòng)器被 設(shè)置成限制插件相對(duì)于插袋的旋轉(zhuǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的夾爪組件，還包括在所述插件中形成的止動(dòng)通道，所述止動(dòng) 通道被設(shè)置成與所述止動(dòng)器協(xié)調(diào)，以限制所述插件相對(duì)于所述插袋的旋轉(zhuǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的夾爪組件，其中，所述止動(dòng)器被設(shè)置成允許所述插件相對(duì)于 所述夾爪主體在大約22. 5度至大約45度之間旋轉(zhuǎn)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾爪組件，還包括在所述夾爪主體中形成的多個(gè)插袋。
8. 用于夾緊和斷開帶螺紋的管狀部件的系統(tǒng)，包括夾緊裝置，夾緊裝置被設(shè)置成抓緊帶螺紋的管狀部件，該夾緊裝置又包括殼體和與所 述殼體相聯(lián)的基座；以及斷開裝置，斷開裝置被設(shè)置成抓緊和旋轉(zhuǎn)帶螺紋的管狀部件，該斷開裝置又包括殼體 和與所述殼體相聯(lián)的基座，其中，所述夾緊裝置的基座和所述斷開裝置的基座被設(shè)置成獨(dú) 立地安裝在至少一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述殼體具有在該殼體中形成的開口 ，所述夾緊 裝置還包括相對(duì)的夾爪組件，以及致動(dòng)器，所述致動(dòng)器被設(shè)置成將所述夾爪組件移動(dòng)到與 帶螺紋的管狀部件緊接觸。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述斷開裝置還包括夾緊殼體，所述夾緊殼體 具有在該夾緊殼體中形成的開口、夾爪組件、夾緊致動(dòng)器，所述夾緊致動(dòng)器被設(shè)置成將所述 夾爪組件移動(dòng)到與帶螺紋的部件嚙合；斷開殼體，以及與所述斷開殼體和夾緊殼體耦接的 斷開致動(dòng)器，該斷開致動(dòng)器被設(shè)置成相對(duì)于斷開殼體旋轉(zhuǎn)夾緊殼體。
11. 根據(jù)權(quán)利要求io所述的系統(tǒng)，其中，所述致動(dòng)器中的至少一個(gè)包括斷開氣缸。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)還包括將所述夾緊殼體與所述斷開殼體耦接的互補(bǔ) 的軸承環(huán)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述夾緊殼體包括具有相對(duì)的頂臂的頂部，以 及具有相對(duì)的底臂的底部，所述頂部與所述底部間隔開。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)還包括在每個(gè)相對(duì)的頂臂和每個(gè)相對(duì)的底臂之間的 至少一個(gè)通道，每個(gè)通道被設(shè)置成引導(dǎo)夾爪組件朝向所述夾緊殼體中的開口移動(dòng)和從夾緊 殼體的開口移開。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述夾緊致動(dòng)器被安裝在所述相對(duì)的頂臂和 相對(duì)的底臂之間，并且還與所述夾爪組件耦接。
16. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述夾緊裝置包括相對(duì)的夾爪組件，并且所述 斷開裝置包括相對(duì)的夾爪組件。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述的相對(duì)的夾爪組件中的至少一個(gè)包括至少兩個(gè)插件。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述插件中的至少一個(gè)包括至少兩個(gè)抓緊特征。
19. 鉆機(jī)，包括用于裝配或拆卸帶螺紋的鉆桿的裝置，包括夾緊裝置，用于握持第一管狀部件，該夾緊裝置包括具有多個(gè)圓形插件的固定夾爪，所 述多個(gè)圓形插件具有用于管狀部件的抓緊表面；以及斷開裝置，用于旋轉(zhuǎn)第二管狀部件，并且包括具有多個(gè)插件的可旋轉(zhuǎn)的夾爪，所述多個(gè) 插件具有用于管狀部件的抓緊表面；其中，所述固定夾爪的多個(gè)插件或所述可旋轉(zhuǎn)的夾爪 的多個(gè)插件在各自的夾爪中未被對(duì)稱設(shè)置。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述鉆機(jī)，其中，所述固定夾爪的多個(gè)插件與所述可旋轉(zhuǎn)的夾爪的多個(gè)插件兩者未被對(duì)稱設(shè)置。
全文摘要
用于夾緊和斷開帶螺紋的管狀部件的系統(tǒng)，包括被設(shè)置成抓緊帶螺紋的管狀部件的夾緊裝置。該夾緊裝置又包括殼體和與該殼體相聯(lián)的基座?？梢蕴峁嚅_裝置，用以抓緊和旋轉(zhuǎn)帶螺紋的管狀部件，該斷開裝置又包括殼體和與該殼體相聯(lián)的基座，其中，將所述夾緊裝置的基座和所述斷開裝置的基座設(shè)置成獨(dú)立地安裝在至少一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)上。
文檔編號(hào)E21B19/06GK101790619SQ200880104593
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2008年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月30日
發(fā)明者克里斯托弗·克魯斯, 斯蒂芬·威瑞德 申請(qǐng)人:長(zhǎng)年Tm公司