專利名稱：對準總成、鉆孔系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于相對于鉆孔系統(tǒng)對準螺紋構件的總成、系統(tǒng)和方法。
背景技術：
通常使用鉆機在各種基材進行鉆孔。此類鉆機通過包括一個或多個安裝至桅桿的鉆機頭。所述鉆機包括能至少沿所述桅桿的一部分移動所述鉆機頭的機構和裝置。所述鉆機頭通常進一步包括接收和嚙合螺紋構件上端的機構，如鉆桿或鉆桿和套管系統(tǒng)。所述鉆桿或所述鉆桿和套管系統(tǒng)可單獨使用或作為鉆柱的一部分，所述鉆柱包括切割鉆頭或位于相對端的其他裝置，且所述相對端可被稱為鉆頭端。所述鉆機頭用于向傳送至所述鉆柱的所述鉆桿或管施力。如果所施加的力為旋轉力，所述鉆機頭則可能會因此使所述鉆柱在鉆孔中旋轉。所述鉆柱的旋轉可包括所述切割鉆頭的相應旋轉，其反過來也會導致所述鉆頭的切割動作。所述鉆機頭施加的力可包括軸 向力，所述軸向力可被傳送至所述鉆柱從而便于向地層的滲透。一旦所述鉆桿的上端靠近地層的表面，則會夾緊所述鉆桿，從所述鉆桿解耦合所述鉆機頭，并將另外的鉆桿耦合至所述鉆機頭。隨后，將所述另外的鉆桿耦合至夾具鉆桿，且再繼續(xù)進行鉆孔操作。本發(fā)明要求保護的主題并不限于可解決任何缺點或僅運行在環(huán)境(例如上述的環(huán)境)中的實施例。相反，該背景僅用于說明可實施一些實施例的示例性技術。

發(fā)明內容
一種對準總成，包括軸、耦合至所述軸的第一夾具以及耦合至所述軸的第二夾具。所述第一夾具包括固定夾具體以及旋轉耦合至所述固定夾具體的第一旋轉夾具體。所述第二夾具可包括第二旋轉夾具體和第三旋轉夾具體。軸心樞軸旋轉耦合所述第二旋轉夾具體和所述第三旋轉夾具體。本概述簡單地介紹了概念，且這些概念將在下面的詳述中進行進一步說明。本概述的目的既不是用以識別所要求保護主題的關鍵特征或本質特征，也不是用作確定所要求保護主題范圍的輔助手段。


為了進一步闡明上述事項，下面將結合在附圖中闡述的具體實施例進行本公開的更特定的說明。需要理解的是，這些附圖僅用于描繪典型的實施例，因此不能認為其是限定性的。使用額外的具體性和細節(jié)并通過使用附圖詳細說明和解釋所述實施例，在附圖中圖I闡述了根據一個實施例的具有對準總成的鉆孔系統(tǒng)；圖2A闡述了根據一個實施例的耦合至桅桿的對準總成的正視圖；圖2B闡述了圖2A的對準總成的立體圖；圖3A闡述了根據一個實施例的第一夾具的分解圖；圖3B闡述了處于開放狀態(tài)的圖3A的第一夾具的俯視圖3C闡述了處于關閉狀態(tài)的圖3B的第一夾具的俯視圖；圖4A闡述了根據一個實施例的第二夾具的分解圖；圖4B闡述了處于開放狀態(tài)的圖4A的第二夾具的俯視圖；圖4C闡述了處于關閉狀態(tài)的圖4B的第一夾具的俯視圖；圖5闡述了根據一個實施例的支架總成的立體圖；圖6A-6C闡述了根據一個實施例將螺紋構件與鉆機頭對準和耦合的過程。連同下面的說明，

了示例性裝置和方法的非限制性特征。為清楚起見，在附圖中可以放大組件的厚度和配置。不同附圖中相同的參考數字代表相似的元件，盡管不一定代表相同的兀件。
具體實施例方式本發(fā)明提供了用于相對于鉆孔系統(tǒng)對準和耦合螺紋構件的總成、系統(tǒng)和方法，所述螺紋構件為套管、鉆桿等。在至少一個實施例中，對準總成包括第一夾具和第二夾具。在一個示例性過程中，所述對準總成便于將若干螺紋構件耦合至與至少一個鉆機頭相聯(lián)的若干連續(xù)器上。更具體地，所述第一夾具可同時定向和嚙合套管。特別地，所述第一夾具包括固定夾具體和旋轉夾具體。所述旋轉夾具體旋轉耦合至所述固定夾具體，從而使所述旋轉夾具體相對于所述固定夾具旋轉。由于所述旋轉夾具體的旋轉，所述旋轉夾具體可將所述套管移至與所述固定夾具體嚙合。由于所述固定夾具體的位置是已知的，將所述套管移至與所述固定夾具體嚙合的操作可將所述套管移至已知的位置和方向。此后，所述套管里的鉆桿將相對于套管移動并通過所述第二夾具進行嚙合。然后，將旋轉頭的內連接器耦合至所述鉆桿。隨著將所述鉆桿隨后耦合至所述內連接器，可使所述第二夾具從所述鉆桿脫離。在那一點上，所述套管可能尚未耦合至所述旋轉頭的外連接器上。由于所述鉆桿位于所述套管中，所述套管比所述鉆機頭大，因此所述外連接器可能需要有比內連接器大的直徑?？蓪⑺龅诙A具配置成充分打開以允許所述第二個較大的連接器從其通過。結果是，由于所述第二個連接器可通過所述第二夾具，當所述第二個連接器離開已裝配到位的所述對準總成時，所述第二連接器可移至與所述套管嚙合。一旦所述第二鉆機頭耦合至所述套管，則可使所述第一夾具脫離并按要求將所述套管和鉆桿螺紋結合至額外的鉆桿或套管。這樣的配置可使螺紋構件快速地與鉆孔系統(tǒng)對準和耦合，從而可提高鉆孔操作的效率。盡管下文所述的套管和鉆桿所處位置不同，但需理解的是所述對準總成可適用于任何類型的螺紋構件。進一步地，為了清楚起見，可放大各種位置、方向、配置和/或尺寸。而附圖則不一定要按比例繪制。圖I說明了一種鉆孔系統(tǒng)100，其包括滑板總成105和耦合至所述滑板總成的鉆機頭110AU10B。所述滑板總成105可耦合至桅桿120，且所述桅桿120依次耦合至鉆機130。所述鉆機頭110AU10B配置成具有一個或多個與其耦合的螺紋構件。所述螺紋構件可包括分別通過內外連接器150AU50B耦合至所述鉆機頭110AU10B的內螺紋構件140A和外螺紋構件140B。在圖示的實施例中，所述內螺紋構件140A也可位于所述外螺紋構件140B內。結果是，所述內螺紋部件140A的外徑小于所述外螺紋構件140B的內徑。同樣地，由于所述內連接器150A延伸穿過所述外連接器150B，所述內連接器150A可小于所述外連接器150B。在至少一個實施例中，所述外連接器150B的外徑等于或大于所述外螺紋構件140B的螺紋直徑。所述螺紋直徑可為內螺紋或外螺紋的直徑。這樣的配置可使所述鉆機頭110AU10B同時驅動所述內外螺紋構件140A、140B。盡管示出了兩個鉆機頭，但是需理解的是本文所述的對準總成200也可使用單個鉆機頭，包括驅動單個螺紋構件的單個旋轉頭以及使用雙管連接器耦合至兩個螺紋構件的單個旋轉頭。螺紋構件可包括但不限于鉆桿和桿套管。所述螺紋構件140A、140B可依次耦合至額外的螺紋構件140A’、140B’以形成鉆柱。所述鉆柱也可耦合至鉆頭或其他井下工具，其配置成與待鉆孔材料(例如地層)建立界面連接。在至少一個實施例中，將所述鉆機頭110A、IlOB配置成在鉆孔過程中旋轉所述螺紋構件140AU40B。特別地，所述鉆機頭110A、1 IOB可根據鉆孔過程的需要變化所述螺紋構件140A、140B的旋轉速度和/或方向。進一步地，所述滑板總成105可配置成相對于所述桅桿120平移，從而向所述鉆 機頭110A、110B施加軸向力以在鉆孔過程中將鉆柱的遠端堆至地層中，其中所述螺紋構件140AU40B為所述鉆柱的一部分。特別地，所述鉆機頭110AU10B可平行于鉆軸D-D平移。由于所述螺紋構件140AU40B到達了所述桅桿120的底部，也可添加所述額外的螺紋構件140A’、140B’以在地層中實現(xiàn)更深的穿透。特別地，由于所述鉆機頭110A、IIOB接近所述桅桿120的底部，啟動了也位于所述桅桿120底部附近的夾緊/脫離總成160以夾緊所述內外螺紋構件140AU40B。然后，所述鉆機頭150AU50B可旋轉連接器150A、150B，以使其脫離所述螺紋構件140A、140B。一旦從所述連接器150AU50B解耦合所述螺紋構件140A、140B，則可將額外的螺紋構件140A’、140B’耦合至所述連接器150A、150B。在圖示的實施例中，對準總成200與所述桅桿120耦合或集成。如下文更詳細的討論，所述對準總成200可配置成具有額外的螺紋構件140A’、140B’，其位于所述對準總成200上且可在如上所述使用所述鉆機頭110A、IlOB將所述螺紋構件140AU40B移入地層時移向所需方向。在從所述連接器150A、150B解耦合所述螺紋構件140A、140B后，所述對準總成200可將所述螺紋構件140AU40B移至所述鉆機頭110A、1 IOB的下方。所述鉆機頭110A、1 IOB可旋轉所述連接器150AU50B使其與所述額外的螺紋構件140A’、140B’相嚙合。這樣的配置可在鉆孔過程中實現(xiàn)螺紋構件的快速添加。圖2A更詳細地說明了所述對準總成200。如圖2A所示,所述對準總成200可包括具有第一夾具300和第二夾具400的夾具總成210。在所示實施例中，所述第一夾具300位于所述第二夾具400下方。但是，需理解的是所述第一夾具300也可按需要位于所述第二夾具400的上方。所述第一夾具300和所述第二夾具400都可位于支架總成500的上方。為便于參考，夾持軸G-G可描述成通過與所述第一夾具總成300和所述第二夾具總成400相連的開口。如下文更詳細的討論，所述對準總成200可配置成從圖2A所示的偏置狀態(tài)移至對準狀態(tài)。當所述對準總成200處于偏置狀態(tài)時，所述夾持軸G-G通常為平行且偏離于所述鉆軸D-D。在對準狀態(tài)時，所述夾持軸G-G和所述鉆軸D-D的位置和方向都相互對準。如下文更詳細的討論，所述對準總成200可配置成在偏置狀態(tài)下將額外的螺紋構件與所述夾持軸G-G對準。結果是，當把所述對準總成200移至所述夾持軸G-G與所述鉆軸D-D對準的對準狀態(tài)時，所述螺紋構件也與所述鉆軸D-D對準。如圖I和2A所示，額外的螺紋構件140A’、140B’可位于處于偏置狀態(tài)的對準總成200上且由其定向，而所述鉆孔系統(tǒng)100正處于主動地放置螺紋構件140AU40B的過程中。一旦放置好其他的螺紋構件140AU40B且從所述螺紋構件140AU40B解耦合所述連接器150A、150B,則可通過將所述夾持軸G-G定位于所述鉆軸D-D上而快速地將額外的螺紋構件140A’、140B’耦合至所述連接器150A、150B。在至少一個實施例中，這可以通過單個移動而完成。隨著將所述額外的螺紋構件140A’、140B’如此定位，即可在放置所述螺紋構件140A、140B后不久將所述連接器150AU50B耦合至所述額外的螺紋構件140A’、140B’。這樣的配置可減少向鉆柱添加螺紋構件140A’、140B’相關的時間，從而提高鉆孔過程的效率和安全性。圖2B為所述對準總成200更詳細的立體圖。如圖2B所示，所述夾具總成210可通過框架總成220和定位機構(例如擺動缸230)耦合至所述桅桿120。在所示實施例中，可配置所述擺動缸230以使其對所述框架總成220施力從而在偏置狀態(tài)和對準狀態(tài)間移動所 述夾具總成210。特別地，所述框架總成220通常包括通過安裝支架(共同標記為224)安裝至所述桅桿120的軸222。所述安裝支架224可包括在其中限定的凹槽，從而可與導向鍵配合將所述支架224耦合至所述軸222。在所示實施例中，所述軸222定義了通常平行與所述鉆軸D-D (圖2A)和所述夾持軸G-G的軸心線S-S。所述第一夾具300和所述第二夾具400均耦合至所述軸222，從而使所述第一夾具300和所述第二夾具400圍繞所述軸心線S-S旋轉。在至少一個實施例中，所述擺動缸230耦合至所述桅桿120和所述第一夾具300，以使所述擺動缸230在所述第一夾具300上施力，從而使所述第一夾具300圍繞所述軸心線S-S旋轉。所述框架總成220可進一步包括在所述第一夾具300和所述第二夾具400間延伸的鋼筋226。所述鋼筋226可將所述第一夾具300和所述第二夾具400耦合，且其耦合方式可通過所述第一夾具300的旋轉使所述第二夾具400進行類似的旋轉。所述鋼筋226也可保持所述第一夾具300和所述第二夾具400間的對準，從而有助于保持所述夾持軸G-G和所述軸心線S-S的對準性。所述夾持軸G-G可通過任何與所述第一夾具300和所述第二夾具400相關的所需參考點進行限定。為便于參考，可根據所示第一夾具開口 305和第二夾具開口 405的中心描述所述夾持軸G-G，每個開口可描述成在所述第一夾具300和所述第二夾具400處于所需狀態(tài)，如關閉狀態(tài)時，配置成用以接收其中的螺紋構件的開口。下文將更詳細地說明所述示例性第一夾具300的示例性配置和操作。圖3A更詳細地說明了所述第一夾具300。如圖3A所示，所述第一夾具300通過包括第一安裝總成310、固定夾具體320、旋轉夾具體330以及驅動機構340。圖中同時也示出各種緊固件、銷以及其他耦合組件。為便于參考，所述耦合組件的說明不集中于所述第一夾具300的功能。在所示實施例中，所述第一安裝總成310通常包括軸支架312、基臂314和夾具支架316。所述軸支架312配置成安裝至所述框架總成220的所述軸222 (均在圖2B中示出)。所述基臂314包括耦合至所述軸支架312的第一端314A和耦合至所述夾具支架316的第二端314B。所述夾具支架316可配置成具有安裝至其上的示例性固定夾具體320。特別地，所述固定夾具體320可包括安裝支架322和爪部324，兩者都可位于所述固定夾具體320的第一端320A和第二端320B之間。所述示例性安裝支架322位于所述固定夾具體320的一側，而所述爪部324則位于所述固定夾具體320的相對一側。所述安裝支架322可固定至所述夾具支架316，其固定方式可將所述固定夾具體320相對于所述第一安裝支架310進行固定。結果是，可相對所述第一安裝支架310固定所述爪部324的位置。在所示實施例中，爪部332位于所述旋轉夾具體330的第一端330A和第二端330B之間。所述爪部332的位置可面向所述固定夾具體320的所述爪部324，從而限定所述第一夾具開口 305。因此，相對于所述爪部324對所述爪部332的位置的控制可控制所述第一夾具開口 305的大小。在至少一個實施例中，可相對于所述固定夾具體320旋轉所述旋轉夾具體330以控制所述爪部332的位置。
如圖3A所示，本體樞軸334可旋轉性地將所述固定夾具體320和所述旋轉夾具體330進行耦合。由于所述固定夾具體320的位置是固定的，這樣的配置可使所述旋轉夾具體330相對于所述固定夾具體320進行旋轉?？赏ㄟ^驅動機構340控制所述旋轉夾具體330相對于所述固定夾具體320的旋轉。所述驅動機構340包括活塞342。所述活塞342的第一端342A旋轉耦合至安裝至所述基臂314的第一驅動樞軸344，而所述活塞342的第二端342B則耦合至第二驅動樞軸346，其位于所述本體樞軸334和所述旋轉夾具體330的所述第二端330B之間?？赏ㄟ^順序閥348控制所述活塞342，從而按需要延伸和縮回所述活塞342。參照圖3B和3C，由于所述活塞342是從圖3B所示的縮回位置延伸至圖3C所示的延伸位置，所述活塞342的所述第二端342B可對所述旋轉夾具體330的所述第一端330A動作，從而使所述旋轉夾具體330繞所述本體樞軸334進行旋轉。由于所述活塞342可使所述旋轉夾具體330相對于所述本體樞軸334進行旋轉，所述爪部332可相對于所述爪部324移動，從而改變所述第一夾具開口 305的大小。結果是，所述第一夾具300可在圖3B所示的開放狀態(tài)和圖3C所示的關閉狀態(tài)間移動。如圖3B和3C所示，在所述固定夾具體320和所述旋轉夾具體330間限定所述下部夾持開口 305。處于關閉狀態(tài)的所述第一夾具開口 305的大小可取決于耦合至所述固定夾具體320和所述旋轉夾具體330的可移動插入物的配置。特別地，第一可移動插入物326可通過銷329耦合至所述固定夾具體320 (圖3A)，而第二可移動插入物338則可通過銷339耦合至所述旋轉夾具體330 (圖3A)。在該實施例中，可通過選擇所述可移動插入物326,338的厚度和/或形狀選擇所述下部夾持開口 305的大小。通過選擇所述可移動插入物326、338合適的厚度和/或形狀，所述第一夾具300可配置成嚙合具有不同直徑或形狀的螺紋構件且同時將所述下部夾持開口 305的中心保持在相對于所述軸心線S-S所需的位置和方向上(圖2B)。進一步地，在所示實施例中，所述銷329、339可為雙銷(均在圖3A中示出)。與所述螺紋構件140B (虛線所示)進行界面連接的所述可移動插入物326的表面可配置成將所述螺紋構件140B移至通常與所述軸心線S-S平行的方向。在至少一個實施例中，當將所述可移動插入物326固定至所述固定夾具體320的所述爪部324時，所述可移動插入物326的表面可通常與所述軸心線S-S平行。在這樣的配置中，由于所述第一夾具300向所述關閉狀態(tài)移動，所述螺紋構件140B可同時移至與所述可移動插入物326相嚙合。由于所述可移動插入物326安裝至所述第一旋轉夾具體300相對于所述基臂314的固定位置上，可相對固定所述可移動插入物326的位置和方向。結果是，由于將所述螺紋構件140B移至與所述可移動插入物326相接觸，所述螺紋構件140B可移至與嚙合所述螺紋構件140B的所述可移動插入物326的表面相對準。由于所述表面定向為與所述軸心線S-S相平行，所述螺紋構件140B也定向為與所述軸心線S-S相平行。相應地，所述第一夾具300可配置成同時夾持和對準螺紋構件140B，如套管或其他外螺紋構件。對外螺紋構件140B (圖I)的夾持可使所述對準總成(圖I)將所述外螺紋構件140B保持在所需位置，以便于將所述內螺紋構件140A (圖I)相對移動，從而通過所述第二夾具400 (圖4A)定位所述內螺紋構件140A以用于夾持。如圖4A所示，所述第二夾具400包括第二安裝總成410、連接總成420、第一旋轉夾具體430、第二旋轉夾具體440和驅動機構450。在所示實施例中，所述第二安裝總成410 通常包括軸支架412、基臂414、第一基座延伸部416和第二基座延伸部418。所述軸支架412可安裝至所述框架總成220 (圖2B)的所述軸222上。所述基臂414的第一端414A耦合至所述軸支架412，且所述基臂414的第二端414B則從所述基臂414向外延伸。所述基臂414限定了基軸B-B，其橫向于且經過所述軸心線S_S?？蓞⒖紮M向于所述基軸B-B和所述軸心線S-S且同時經過所述軸心線S-S和所述基軸B-B的橫軸T-T。有關各軸的討論僅用于方便參考且不得用于限制。所述示例性第一基座延伸部416可耦合至所述基臂414的所述第二端414B。特別地，所述第一基座延伸部416的第一端416A可耦合至與所述第二端414B相鄰的所述基臂414，從而使所述第一基座延伸部416相對于所述基臂414的移動最小化。在至少一個實施例中，所述第一基座延伸部416的第二端416B偏離所述基軸B-B。所述示例性第二基座延伸部418耦合或集成至所述基臂414的第一端414A，從而使所述基座延伸部418相對于所述基臂414的移動最小化。特別地,所述第二基座延伸部418的第一端418A可耦合至所述基臂414，而所述第二基座延伸部418的第二端418B則從所述基臂414向外延伸。在至少一個實施例中，所述第二基座延伸部418的第二端418B偏離所述基軸B-B。更具體地，所述第二基座延伸部418的第二端418B可位于所述基軸B-B上與所述第一基座延伸部416的第二端416B相同的一側。進一步地，所述第二基座延伸部418的第二端418B可位于所述橫軸T-T的一側，而所述第一端418A則位于所述橫軸T-T的相對側。如下文更詳細的討論，所述連接總成420耦合至所述第二安裝總成410，其安裝方式可通過所述驅動機構450的操作將所述第二夾具400在圖4B中所示的開放狀態(tài)和在圖4C中所示的關閉狀態(tài)間移動。如圖4B-4C所示，處于開放狀態(tài)的所述夾具開口 405的大小大于處于關閉狀態(tài)的所述第二夾具開口 405的大小。在至少一個實施例中，所述第二夾具開口 405在處于開放狀態(tài)時的直徑為約270mm，其可為所述二夾具開口 405在處于關閉狀態(tài)時直徑的約5倍或5倍以上。這樣的配置可在所述上部夾具400處于開放狀態(tài)時，使直徑為約30mm至約260mm的管狀界面通過，同時在所述上部夾具400處于關閉狀態(tài)時,使所述上部夾具400嚙合直徑為約30mm至約133mm的螺紋構件。
再次參考圖4A，所述連接總成420通常包括第一連接構件422、第二連接構件424和第三連接構件426。所述第一連接構件422、第二連接構件424和第三連接構件426均分別包括第一端422A、424A、426A和第二端422B、424B、426B。如圖4B和4C所示，所述第一連接構件422的第一端422A旋轉耦合至所述基臂414上位于所述基臂414第二端414B附近的第一連接構件樞軸462處。再次參考圖4A，所述連接構件420通常包括第一連接構件422、第二連接構件424和第三連接構件426。所述第一連接構件422、第二連接構件424和第三連接構件426均分別包括第一端422A、424A、426A和第二端422B、424B、426B。如圖4B和4C所示，所述第一連接構件422的第一端422A旋轉耦合至所述基臂414上位于所述基臂414第二端414B附近的第一連接構件樞軸462。通過介紹可知，可通過所述第二連接構件424將所述第一連接構件422的移動傳入所述第一旋轉夾具體430。也可通過所述第三連接構件426將所述第一連接構件422的移動傳入所述第二旋轉夾具體430。下文則將更詳細地討論所述第一旋轉夾具體430的移 動。如圖4A-4C所示，所述示例性第二連接構件424的第一端424A旋轉耦合至所述第一連接構件422上位于所述第二端422B附近的第二連接樞軸464處。所述第二連接構件424的第二端424B可旋轉耦合至所述第一旋轉夾具體430的第一本體樞軸472處。特別地，第一旋轉夾具體430通?？砂ǖ谝欢?30A和第二端430B,而爪部432形成在第二端430B的附近。所述第一本體樞軸472可位于所述爪部432的附近。所述第一本體樞軸472可使所述第一連接構件422的移動通過所述第二連接構件424轉移至所述第一旋轉夾具體430。更具體地，軸心樞軸419可旋轉耦合所述第一基座延伸部416、所述第一旋轉夾具體430和所述第二旋轉夾具體440。正如之前所討論的，所述第一基座延伸部416耦合至所述基臂414，從而使所述第一基座延伸部416相對于所述基臂414的移動最小化。結果是，所述第一基座延伸部416可固定所述軸心樞軸419的位置。由于所述第一旋轉夾具體430和所述第二旋轉夾具體440通過所述軸心樞軸419耦合，所述軸心樞軸419位置的固定可使所述軸心樞軸419作為所述第一旋轉夾具體430和所述第二旋轉夾具體440的旋轉中心。因此，通過所述第二連接構件424轉移至所述第一旋轉夾具體430的所述第一連接構件422的運動可使所述第一旋轉夾具體430繞所述軸心樞軸419進行旋轉。正如之前所介紹的，所述第一連接構件422的運動可通過所述第三連接構件426轉移至所述第二旋轉夾具體440，從而使所述第二旋轉夾具體440也繞所述軸心樞軸419進行旋轉。特別地，所述第三連接構件426的第一端426A通過第三連接樞軸466旋轉耦合至所述第一連接構件422。所述第三連接構件426的第二端426A通過第二本體樞軸474耦合至所述第二旋轉夾具體430。所述第二本體樞軸474可位于所述第二旋轉夾具體440第二端440B的附近。在所示實施例中，所述軸心樞軸419位于所述第二旋轉夾具體440的第一端440A和第二端440B之間。結果是，響應所述第三連接構件426移動的所述第二端440B的移動可使所述第二旋轉夾具體440繞所述軸心樞軸419旋轉。
所述示例性第二旋轉夾具體440包括爪部442，其形成在所述第二端440B的附近。所述爪部442面向與所述第一旋轉夾具體430相連的所述爪部432，從而可限定所述第二夾具開口 405。因此，所述第二夾具開口 405的大小與所述第一旋轉夾具體430和所述第二旋轉夾具體440之前的分離相對應。結果是，所述第一旋轉夾具體430和所述第二旋轉夾具體440的相對移動可改變所述第二夾具開口 405的大小。正如所介紹的，所述第一旋轉夾具體430和所述第二旋轉夾具體440均可繞所述軸心樞軸419旋轉。如圖4B和4C所示，向所述軸心樞軸419移動所述第一連接構件422的第二端422B可使所述第一旋轉夾具體430和所述第二旋轉夾具體440旋轉，且其旋轉方式可使所述爪部432和所述爪部442相互移動。由于所述爪部432和所述爪部442相互移動，所述第二夾具442可移向圖4C所示的關閉狀態(tài)。同樣地，由于所述第一連接構件422的第二端422B從所述軸心樞軸419移開，所述爪部432和所述爪部442相互遠離以將所述第二夾具442移至圖4B所示的開放狀態(tài)。 所述第一連接構件422第二端422B與所述軸心樞軸419的相對位置可由所述驅動機構450控制。在所示實施例中，所述驅動機構450通常包括由順序閥總成454 (圖4A)控制的活塞452。所述活塞452包括旋轉耦合至所述第一基座延伸部416第二端416B上的第一驅動樞軸482處的第一端452A。所述活塞452的第二端452B旋轉耦合至所述第一連接構件422的第二驅動樞軸484處。結果是，如圖4B和4C所示，所述活塞452的縮回和延伸會使所述第一連接構件422相對于所述基臂414旋轉。所述第一連接構件422的旋轉而使所述第一連接構件422的第二端422B相對于所述軸心樞軸419移動，從而可使所述爪部432、422相對于彼此進行移動，以將所述第二夾具400在所述開放狀態(tài)和關閉狀態(tài)間移動。正如上面所介紹的，所述第二夾具400可配置成在開放狀態(tài)中相對較大的打開。所述框架總成410 (圖4A)、所述連接總成420和/或其他組件的各方面均考慮到了這一功能。例如，如圖4B和4C所示，所述第二連接構件樞軸464、所述第三連接構件樞軸466和所述第二驅動樞軸484位于所述第一連接構件422第二端422B附近或其上。在所示實施例中，所述第二連接樞軸464、所述第三連接樞軸466和所述第二驅動樞軸484位于所述第一連接構件422上且彼此偏離。例如，所述第一連接構件樞軸462、所述第二連接構件樞軸464和所述第二連接構件樞軸466可能為非共線的。同樣的，所述第二連接構件樞軸464、所述第三連接構件樞軸466和所述第二驅動樞軸484也可能為非共線的。在所示實施例中，各樞軸的位置和偏移量可使所述活塞452在圖4B和4C所示的位置間延伸和縮回，所述第三連接構件樞軸466在所述第二驅動樞軸482和所述第二本體樞軸474間連線的相對兩側間移動。特別地，當所述活塞452按圖4B所示方式延伸時，所述第三連接樞軸466位于所述第二驅動樞軸484和所述第二本體樞軸474間連線外。當所述活塞452按圖4C所示方式縮回時，所述第三連接樞軸466位于所述第二驅動樞軸484和所述第二本體樞軸474間連線內。所述連接總成420的這個和/或其他方面可使所述連接總成420相對較大的打開。在至少一個實施例中，第一可移動插入物434通過銷439耦合至所述第一旋轉夾具體430，而第二可移動插入物444可通過銷449耦合至所述第二旋轉夾具體440。可選擇所述第一可移動插入物434和第二可移動插入物444的大小和/或配置以使所述第二夾具400嚙合所需類型的螺紋構件，且可酌情替換或交換所述第一可移動插入物434和第二可移動插入物444。另外，所述第一旋轉夾具體430可配置成較大地打開以允許較大連接器從其中通過，反過來這也有便于進行對準和耦合操作，在下文合適的地方將更詳細地說明該操作。進一步地，在所示的實施例中，所述銷439、449可為雙銷。如上面所討論的且如圖2A所示,所述對準總成200還包括支架總成500。如圖5所示，所述支架總成500 —般可包括安裝總成510、擺動架520、滑動架530、滑道540和磨損構件550。所述安裝總成510可包括若干個支架512和耦合至所述支架512的凸出部514。所述支架512可配置成與所述桅桿120 (圖2A)相耦合，而所述凸出部514可配置成與所述擺動架520相配合以使所述擺動架520相對于所述安裝總成510旋轉。特別地，所述擺動架520可包括通常為豎直的構件522和凸出部524。所述凸出部524可配置成與所述凸出部514互動，從而將所述擺動架520旋轉耦合至所述安裝總成 510。所述擺動架520可進一步地包括從所述豎直構件522向外延伸的臂526。所述臂526可耦合至所述滑動架530的平臺部分532。相對軌道534可從所述平臺部分532延伸出來。在所示的實施例中，在所述軌道534中限定了通道536。所述通道536可配置成引導和限制所述滑道540相對所述滑動架530的移動。特別地，所述滑道540 —般可包括本體542和引導部544。所述引導部544可配置成嚙合所述通道536，從而使所述滑道540相對于所述滑動架534平移。所述磨損構件550可按需要可移除地耦合至所述本體542。所述滑動架530可配置成將所述滑道540移動限制成平移，當所述支架總成500耦合至所述桅桿120 (圖I)時，所述平移通常橫向于所述鉆軸D-D (圖I)。結果是，所述滑道540和所述磨損構件550可位于沿所述鉆軸D-D的已知位置上(圖I)。因此，當把螺紋構件放置在所述磨損構件550上時，所述螺紋構件與所述磨損構件550相接觸的一端位于沿所述鉆軸D-D的已知位置上。進一步地，可在所述滑動架530、所述滑道540和/或所述磨損構件550間限定凹部560，從而使升降構件通過所述凹部560以將螺紋構件定位在所述支架總成500上或將螺紋構件相對于所述支架總成500進行定位。另外，所述滑道530的平移可使螺紋構件的底端移動，且該移動方式和通過與所述第一夾具300 (圖2A)嚙合而移至對準的方式相同，該操作可構成將螺紋構件向鉆孔系統(tǒng)對準和耦合過程的一部分。圖6A-6C說明了將螺紋構件向鉆孔系統(tǒng)100對準和耦合的示例性過程。為便于參考，在過程中將討論鉆桿610和套管620，但需理解的是該討論可適用于任何螺紋構件。如圖6A所示，該過程開始于將所述對準總成200移至偏置狀態(tài)，將所述第一夾具300移至其開放狀態(tài)且將所述第二夾具400移至其開放狀態(tài)。之后，該過程繼續(xù)將所述套管620和所述鉆桿610放置在所述支架總成500上。如之前所討論的，將所述套管620和所述鉆桿610放置在所述支架總成500上的操作可首先將其第一端6IOA和620A放置在相對于所述鉆軸D-D的已知位置上。所述位置可偏離所述鉆軸D-D，但卻可移至所述鉆軸D-D進行對準。然后，可啟動所述第一夾具300以夾持所述套管620。如之前所討論的，所述第一夾具300的啟動可定向所述套管620使其一般與所述軸222相平行，且因此與所述軸心線S-S相平行。所述軸心線S-S可與所述鉆軸D-D相平行。結果是，所述第一夾具300的啟動可將所述套管620移至通常與所述鉆軸D-D相平行的方向。此后，如圖6A所示，所述鉆桿610可相對于所述套管620進行升降，從而使所述鉆桿610的第二端610B位于所述套管620的第二端620B之上。在至少一個實施例中，所述套管620和所述鉆桿610可使用J形鉤和絞盤置于所述支架總成500上。可按需要利用其他升降機構或方法。隨著將所述鉆桿610相對于所述套管620置于所需位置上時，可啟動所述第二夾具400以使所述第二夾具400嚙合所述鉆桿610。如圖6B所示，該過程可包括將所述對準總成200移至圖6B所示的對準狀態(tài)的操作。當所述對準總成200處于圖6A所示偏置狀態(tài)時或當所述對準總成200處于對準狀態(tài)時，可啟動所述第二夾具400。當所述對準總成200處于對準狀態(tài)時，所述套管620和所述鉆桿610與所述鉆軸D-D相對準。隨著如上所述對準和定位所述鉆桿610時，可使鉆機頭IlOA下降以將所述連接器 150A與所述鉆桿610的第二端610B相耦合。例如，鉆機頭IlOA可旋轉所述連接器150A使其與所述鉆桿610的第二端610B相嚙合。之后，如圖6C所示，可將所述第二夾具400移至開放狀態(tài)。如之前所討論的，所述第二夾具400可配置成充分地打開以使連接器150B通過所述第二夾具400。結果是，在鉆機頭IlOA將所述鉆桿610下降至所述套管620內時，可使鉆機頭IlOB下降從而將連接器150B與所述套管620相耦合。隨著將所述套管620和所述鉆桿610分別耦合至所述鉆機頭110BUIOA時，所述第一夾具300可移至其開放狀態(tài)，所述第二夾具400可移至其開放狀態(tài)，且所述對準總成200可移至圖6A所示的偏置狀態(tài)。之后，可使所述鉆機頭110AU10B下降以將所述套管620和所述鉆桿610耦合，從而使套管和鉆桿可酌情通過所述夾緊/脫離總成160進行嚙合。然后，即使當所述鉆機頭110AU10B正在放置所述套管620和所述鉆桿620時，仍可再次進行所述對準過程，這是因為所述過程的一部分存在于偏離所述鉆軸D-D的位置上。相應地，所述對準總成200可便于將螺紋構件與相應的鉆機頭進行快速對準和耦合，以及便于實現(xiàn)相對連續(xù)的鉆孔操作。本發(fā)明可以其它具體形式體現(xiàn)，而不脫離本發(fā)明的精神或基本特征。在所有方面，所述實施例均需被認為是說明性的而非限制性的。因此，需根據所附權利要求而非上述說明來確定本發(fā)明的范圍。所有不脫離權利要求等價物的含義和范圍的變化均包含在本發(fā)明的范圍內。
權利要求
1.一種夾具總成，包括 限定基軸的基臂； 耦合至所述基臂的基座延伸部，所述基座延伸部從所述基軸向外延伸； 旋轉耦合至所述基臂的第一連接構件； 旋轉耦合至所述第一連接構件的第二連接構件； 旋轉耦合至所述第二連接構件的第一旋轉夾具體； 旋轉耦合至所述第一連接構件的第三連接構件；以及 旋轉耦合至所述第三連接構件的第二旋轉夾具體，其中，所述第一旋轉夾具體、所述第二旋轉夾具體和所述第一基座延伸部通過軸心樞軸而被旋轉耦合。
2.根據權利要求I所述的夾具總成，其進一步包括耦合至所述第一連接構件的驅動機構。
3.根據權利要求2所述的夾具總成，其進一步包括耦合至所述基臂的第二基座延伸部，所述第二基座延伸部從所述基軸向外延伸且其延伸方向與所述第一基座延伸部從所述基軸向外延伸的方向相同，所述第二基座延伸部進一步耦合至所述驅動機構。
4.根據權利要求3所述的夾具總成，其中，所述夾具總成包括橫軸，所述橫軸橫向于所述基軸且經過所述基軸，所述軸心樞軸位于所述橫軸的第一側上，其中第一驅動樞軸旋轉耦合所述第二基座延伸部和所述驅動機構，且其中所述第一驅動樞軸位于所述橫軸的第二側上，所述橫軸的所述第二側與所述橫軸的所述第一側相對。
5.根據權利要求I所述的夾具總成，其中第一連接樞軸將所述第一連接構件旋轉耦合至所述基臂，第二連接樞軸將所述第二連接構件旋轉耦合至所述第一連接構件，且第三連接樞軸將所述第三連接構件耦合至所述第一連接構件；其中，所述第一連接樞軸、所述第二連接樞軸和所述第三連接樞軸為非共線的。
6.根據權利要求I所述的夾具總成，其中，相對于所述軸心樞軸移動所述第一連接構件的一端使所述第一旋轉夾具體的第一爪部相對于所述第二旋轉夾具體的第二爪部移動，從而改變所述第一爪部與所述第二爪部之間的開口的直徑。
7.根據權利要求6所述的夾具總成，其中，所述第一連接構件的所述一端的移動使所述第一爪部和所述第二爪部在關閉狀態(tài)與開放狀態(tài)之間移動，所述開口在所述關閉狀態(tài)時具有關閉直徑且在所述開放狀態(tài)時具有開放直徑，其中所述開放直徑為所述關閉直徑的約5倍以上。
8.一種夾具總成，包括 軸； 旋轉耦合至所述軸的第一夾具，所述第一夾具配置成在開放狀態(tài)與關閉狀態(tài)之間移動，從而選擇性地嚙合和釋放具有螺紋直徑的第一螺紋構件；以及 旋轉耦合至所述軸的第二夾具，所述第二夾具配置成在開放狀態(tài)與關閉狀態(tài)之間移動，從而選擇性地嚙合和釋放具有外直徑的第二螺紋構件，所述螺紋直徑大于所述外直徑。
9.根據權利要求8所述的夾具總成，其中，當所述第二夾具處于所述開放狀態(tài)時，所述第二夾具配置成允許直徑等于或大于所述第一外直徑的組件從其通過。
10.根據權利要求8所述的夾具總成，其進一步包括定位機構，所述定位機構配置成圍繞所述軸旋轉所述第一夾具。
11.根據權利要求10所述的夾具總成，其中，所述第一夾具和所述第二夾具配置成圍繞所述軸一起旋轉。
12.—種對準總成，包括 軸； 耦合至所述軸的第一夾具，所述第一夾具包括固定夾具體和旋轉耦合至所述固定夾具體的第一旋轉夾具體；以及 耦合至所述軸的第二夾具，所述第二夾具包括第二旋轉夾具體、第三旋轉夾具體和旋轉耦合所述第二旋轉夾具體和所述第三旋轉夾具體的軸心樞軸。
13.根據權利要求12所述的對準總成，其中，所述軸包括軸心線，所述軸配置成安裝至鉆機桅桿，以將所述軸心線定位成平行于所述鉆機桅桿的鉆軸。
14.根據權利要求13所述的總成，其中，在第一夾具開口的中心與第二夾具開口的中心之間限定夾持軸，當所述第一夾具處于關閉狀態(tài)時，在所述固定夾具體與所述第一旋轉夾具體之間限定所述第一夾具開口，且當所述第二夾具處于關閉狀態(tài)時，在所述第二旋轉夾具體與所述第三旋轉夾具體之間限定所述第二夾具開口。
15.根據權利要求14所述的總成，其中，所述對準總成進一步包括定位機構,所述定位機構配置成使所述對準總成在對準狀態(tài)與偏置狀態(tài)之間移動，其中當所述對準總成處于所述對準狀態(tài)時，所述夾持軸與所述鉆軸相對準。
16.根據權利要求13所述的總成，其中，所述第一夾具配置成嚙合外螺紋構件，當所述第一夾具嚙合所述外螺紋構件時，所述第一夾具進一步配置成將所述外螺紋構件移至與所述軸心線平行的方向。
17.根據權利要求12所述的總成，其中，所述第二夾具包括限定基軸的基臂；耦合至所述基臂的第一基座延伸部，所述第一基座延伸部從所述基軸向外延伸；旋轉耦合至所述基臂的第一連接構件；旋轉耦合至所述第二旋轉夾具體的第二連接構件；旋轉耦合至所述第一連接構件的第三連接構件，所述第三連接構件進一步旋轉耦合至所述第三旋轉夾具體；以及旋轉耦合所述第二旋轉夾具體、所述第三旋轉夾具體和所述第一基座延伸部的軸心樞軸。
18.根據權利要求12所述的總成，其進一步包括配置成耦合至所述鉆機桅桿的支架總成。
19.根據權利要求17所述的總成，其中，所述支架總成包括配置成安裝在所述鉆機桅桿的安裝總成、旋轉耦合至所述安裝總成的擺動架、耦合至所述擺動架的滑動架以及滑動耦合至所述滑動架的滑道，其中所述滑道配置成橫向于所述軸心線而平移。
20.一種鉆孔系統(tǒng),包括 桅桿； 配置成嚙合內螺紋構件的第一連接器； 配置成嚙合外螺紋構件的第二連接器；以及 對準總成，所述對準總成包括 耦合至所述軸的第一夾具，所述第一夾具包括固定夾具體和旋轉耦合至所述固定夾具體的第一旋轉夾具體；和 耦合至所述軸的第二夾具，所述第二夾具包括第二旋轉夾具體和第三旋轉夾具體，以及旋轉耦合所述第二旋轉夾具體和所述第三旋轉夾具體的軸心樞軸，所述第二夾具配置成在開放狀態(tài)與關閉狀態(tài)之間移動，其中，當所述第二夾具處于所述開放狀態(tài)時，在所述第二旋轉夾具體與所述第三旋轉夾具體之間限定開口，所述開口的直徑大于所述第二連接器的直徑。
21.根據權利要求19所述的鉆孔系統(tǒng)，其中，所述第二夾具包括限定基軸的基臂；稱合至所述基臂的第一基座延伸部，所述第一基座延伸部從所述基軸向外延伸；旋轉耦合至所述基臂的第一連接構件；旋轉耦合至所述第二旋轉夾具體的第二連接構件；旋轉耦合至所述第一連接構件的第三連接構件，所述第三連接構件進一步旋轉耦合至所述第三旋轉夾具體；以及旋轉耦合所述第二旋轉夾具體、所述第三旋轉夾具體和所述第一基座延伸部的軸心樞軸。
22.根據權利要求19所述的鉆孔系統(tǒng)，其中，所述第一連接器至少部分地位于所述第二連接器內。
23.根據權利要求19所述的鉆孔系統(tǒng)，進一步包括旋轉頭，所述旋轉頭配置成旋轉所述第一連接器和所述第二連接器。
24.據權利要求19所述的鉆孔系統(tǒng)，進一步包括耦合至所述第一連接器的第一旋轉頭和耦合至所述第二連接器的第二旋轉頭。
全文摘要
一種對準總成包括軸、耦合至所述軸的第一夾具以及耦合至所述軸的第二夾具。所述第一夾具包括固定夾具體以及旋轉耦合至所述固定夾具體的第一旋轉夾具體。所述第二夾具可包括第二旋轉夾具體和第三旋轉夾具體。軸心樞軸旋轉耦合所述第二旋轉夾具體和所述第三旋轉夾具體。
文檔編號E21B19/06GK102834584SQ201180018319
公開日2012年12月19日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權日2010年4月9日
發(fā)明者斯蒂芬·弗雷德, 托爾絲騰·烏普邁爾, 克里斯托夫·克魯澤 申請人:長年Tm公司