專利名稱：用于連接套管的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于連接套管的裝置。
油井、氣井是通過設(shè)置一種被稱為套管的管子而對準(zhǔn)的，所述套管可通過將水泥漿灌注到套管外部的環(huán)形腔中而凝固定位。
所述套管是通過將較短的管子相互旋合連接而形成的，這種旋合連接借助于螺紋連接實現(xiàn)。新管子被加裝到套管的頂端，然后在油井中下降一根管子的長度。在新管子能夠加裝到套管頂端之前，套管中要再次充注液體。
連接在一起以形成相連套管的管子在其每一端均帶有外螺紋部分，這些管子借助于具有內(nèi)螺紋的外部管節(jié)而相互連接。在將新管子加裝到套管的頂端之前，管節(jié)先旋入管子頂端的螺紋部分一半的距離，使得管節(jié)構(gòu)成了管子的一小段延伸部分。新管子從稱作升降機的環(huán)箍上懸掛下來，所述環(huán)箍在管節(jié)下方封閉環(huán)繞著管子。從管節(jié)懸掛下來的管子能夠在升降機中旋轉(zhuǎn)。
升降機與一個用于豎直定位的強力絞車相連。管子借助于絞車而下降，直到管子下端的螺紋與套管頂端管節(jié)中的互補螺紋嚙合。一個工具、即一個旋轉(zhuǎn)器夾住并環(huán)繞管子，并為了將管子旋入套管頂端的管節(jié)而使之繞自身軸線轉(zhuǎn)動。然后，再借助一個力矩工具使這種螺紋連接旋緊達(dá)到預(yù)定力矩。接著，從最后加裝的管子上端管節(jié)上懸掛下來的套管下降并進入油井，重復(fù)這一過程，現(xiàn)在，位于最后加裝管子上端的管節(jié)處于套管的上端，并準(zhǔn)備接納新管子的一端。
上述已有技術(shù)具有多個缺點。絞車是一個具有數(shù)百噸提升能力的笨重裝置。這就很難精確調(diào)整豎直位置，當(dāng)新管子向套管頂部下降時，螺紋很容易被損壞。因為管子是旋入套管頂部的，所以必須再次調(diào)整升降機的位置，即讓升降機下降。為了避免螺紋磨損或者以其它方式損壞，管子應(yīng)下降以使螺紋上不產(chǎn)生任何明顯的軸向力，同時管子轉(zhuǎn)動并旋入套管的頂部。如上所述，這些要求很難由絞車實現(xiàn)。
將新管子旋入套管頂部的旋轉(zhuǎn)器非常昂貴。另外，它需要很大空間，因為在使用時它必須能夠環(huán)繞著最大的套管。
將液體注入套管的操作會產(chǎn)生液體泄漏，使得鉆井平臺變滑而危險，這就需要經(jīng)常打掃和清潔平臺。
本發(fā)明的一個目的是提供一種裝置，該裝置將欲旋入套管頂部的管子的改進豎直定位位置加以固定。本發(fā)明的另一個目的是避免使用已知的旋轉(zhuǎn)工具。本發(fā)明的再一個目的是在加裝新管子后，簡化液體充注套管的操作，還有一個目的是避免液體泄漏。
通過下面的說明和權(quán)利要求中所述的特征，本發(fā)明的目的將得以實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，一根新管子從已知的升降機上懸掛下來。而且，如已知的那樣，預(yù)先假定有一個常用于鉆井的頂部驅(qū)動旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、即所謂的“頂部驅(qū)動裝置”，將它與位于比升降機更高高度處的絞車相連。
根據(jù)本發(fā)明，有一個管狀伸縮工具，其一端適于以對應(yīng)于普通鉆管的方式安裝到頂部驅(qū)動裝置的輸出軸上。
然后，用于將液體供應(yīng)給鉆管的管子、閥和其它部件能夠?qū)⒁后w供應(yīng)給管狀伸縮工具。
該工具的下端可以伸縮并帶有一個適于與從升降機上懸掛下來的管子的上端形成緊固連接的連接件。另外，該連接件適于向管子傳遞扭矩和軸向力。這樣，頂部驅(qū)動裝置可以使工具和從升降機上懸掛下來的管子轉(zhuǎn)動。管子可以借助伸縮管在升降機中上升。
如前所述，欲被加裝在套管頂部的管子從升降機上懸掛下來。連接件借助伸縮管作用被向下導(dǎo)引至管子的上端并被致動。接著，管子在伸縮管的作用下略有上升，在并不上升的升降機中滑動。該管子通過絞車大致定位在套管頂部的上方。接著，該管子在伸縮管的作用下下降以與套管接觸，并且在頂部驅(qū)動裝置的作用下轉(zhuǎn)動。該管子在伸縮管作用下逐步下降，同時旋入套管的頂部。最后，將這種螺紋連接緊固達(dá)到預(yù)定力矩。再通過通常與頂部驅(qū)動裝置相連的管道系統(tǒng)充注液體。然后釋放松脫連接件并將其提起脫離管子頂部，此后借助升降機以前述方式使套管下降進入油井，對于每一根新管子均重復(fù)這一過程。
上述工具將通過非限制性的實施例進一步加以描述，附圖中帶有參考標(biāo)記，其中

圖1示意性地表示了用于連接套管的裝置的側(cè)視圖，一個抓取器準(zhǔn)備夾住管子的上端，所述管子要被加到套管的頂部；
圖2表示了抓取器夾住管子之后的裝置；圖3表示了管子在升降機中被提升之后的裝置；圖4表示了管子準(zhǔn)備加裝到套管頂部時的裝置；圖5表示了管子已加裝到套管頂部時的裝置；圖6表示了局部剖開并被放大的抓取器側(cè)視圖，所述抓取器從內(nèi)部夾住管子。
圖1中，序號1表示了一個套管，套管1頂端的外螺紋部分與帶有相配內(nèi)螺紋的外管節(jié)2旋合。管節(jié)2形成了套管1的內(nèi)部帶有螺紋的延伸部分。
其兩端均帶有外螺紋部分的管子3向下懸掛，它的下端高于套管1和管節(jié)2一小段距離，所述管子3準(zhǔn)備下降，使其下端能夠插入管節(jié)2的上端并旋入管節(jié)2。
管子3從升降機4上懸掛下來，該升降機4借助弓形架、環(huán)箍或者桿5與絞車(未表示)相連，所述絞車設(shè)置在通常與鉆井相關(guān)的裝置中。升降機4在環(huán)箍6的下方封閉環(huán)繞管子3，所述環(huán)箍6先前已經(jīng)旋合在管子3上端的外螺紋上。環(huán)箍6形成了管子3的外部帶有螺紋的延伸部分，所述管子3從環(huán)箍6上懸掛下來。
頂部驅(qū)動裝置7(鉆機)通常與所述絞車相連。頂部驅(qū)動裝置7的輸出軸8安裝在伸縮管9的上端，如前所述，其長度可以通過推動管元件10、使之伸出或者進入伸縮管9中來加以改變，這最好借助于液壓致動器(未表示)來實現(xiàn)。在管元件10的自由端設(shè)置有一個抓取器或者抓鉤11。該抓取器11適于導(dǎo)入管子3并膨脹以抵壓著管子，從而形成內(nèi)部摩擦連接。液體可以穿過伸縮管9和管元件10流動，管元件10在抓取器11的下方開口。伸縮管9的致動器和抓取器11所需的動力和控制信號通過軟管12由旋轉(zhuǎn)裝置13加以供應(yīng)。用于再充注套管的液體借助于液體管道系統(tǒng)14從頂部驅(qū)動裝置7處供應(yīng)，所述液體管道系統(tǒng)14用于在鉆井過程中循環(huán)鉆井液。
現(xiàn)在參見圖6，其中以截面形式表示了抓取器11，該抓取器在管子3中運動。在圖示實施例中，抓取器11包括一個預(yù)成型的軟囊15，它位于管元件10的外側(cè)，并由橡膠或者塑料等彈性材料制成。軟囊兩端的直徑調(diào)整到適于管元件10的大小，其它地方的直徑比管子3的內(nèi)徑稍小一些。在其上端和下端，軟囊15通過上、下外部夾鉗16、17固定到管元件10上，使得在管元件10和軟囊15之間形成封閉的環(huán)形腔18。有一根管子19在管元件10中延伸，它穿過管元件10的管壁并與環(huán)形腔18連通。通過管子19能夠供應(yīng)液壓流體或者壓力氣體，使環(huán)形腔18受壓，這樣，彈性軟囊15膨脹而抵壓著管子3，管子19通過旋轉(zhuǎn)裝置13和多根軟管12中的一個軟管連接在一個壓力源(未表示)上。
另外，在管元件10中設(shè)置有一根管子20，該管子20的開口在管元件的下端并且它既可以通過圖示的管元件10的管壁、通過旋轉(zhuǎn)裝置13、也可以通過其它方式與軟囊15上方的自由空氣相通，以便當(dāng)管子3通過伸縮管9和下部管元件10充滿液體時將空氣導(dǎo)出。
當(dāng)要加裝在套管1頂部的管子3通過環(huán)箍6以前述圖1所示的已知方式從升降機上懸掛下來時，通過軟管12和旋轉(zhuǎn)裝置13，液壓致動器(未表示)起作用，使沒有受壓的軟囊15借助于伸縮管9和下部管元件10被向下導(dǎo)引到管子中，見圖2。如上所述，軟囊15通過管子19加壓，使得該軟囊15膨脹并與管子3形成強力的摩擦連接。如圖3所示，借助所述致動器，管元件10被推向上方并進入伸縮管9，使得管子3上升并在升降機4中滑動。如圖4所示，借助所述絞車，提升滑輪組驅(qū)動升降機4，并且頂部驅(qū)動裝置7下降，直到管子3的下端位于比套管1頂部的管節(jié)2稍高一小段距離的位置處為止。通過借助于所述致動器將管元件10從伸縮管9向外延伸，管子3繼續(xù)下降，使得管子3下端的外螺紋與管節(jié)2中的相配螺紋嚙合。伸縮管9、管元件10以及管子3通過頂部驅(qū)動裝置7繞它們自身的軸線旋轉(zhuǎn)，使得管子3旋入管節(jié)2。同時，如圖5所示，借助所示致動器，管元件10從伸縮管9中延伸而出，結(jié)果是管子3與旋合同步地下降。接著，借助于力矩工具(未表示)，以已知的方式將這種螺紋連接旋緊而達(dá)到前述力矩。延伸了的套管1下降入井中，再通過伸縮管9和管元件10由管子系統(tǒng)14供應(yīng)液體向管中充注。環(huán)形腔18中的壓力降低，而借助于所述致動器，管元件10被推進伸縮管9中，從而使軟囊15從管子3中被推起，此后重復(fù)進行該過程，以便將另外一個管子加裝到套管1的頂部。
權(quán)利要求
1．一種用于將管子(3,6)相互連接以形成套管(1)的裝置，其中一根欲加裝到套管(1)頂部的新管子(3,6)從與絞車相連的升降機(4)上懸掛下來，并且有一個頂部驅(qū)動裝置(7)或者類似的鉆機設(shè)置在升降機(4)的上方，該裝置包括一個由液壓流體驅(qū)動的伸縮管裝置(9,10)的，該伸縮管裝置的上端與所述頂部驅(qū)動裝置/鉆機(7)的向下輸出軸(8)相連，其下端帶有一個抓取器(11)，該抓取器適于進入所述新管子(3,6)的上端一段距離，以與內(nèi)管部分相面對形成具有抗扭轉(zhuǎn)強度的摩擦連接，所述新管子(3,6)從所述升降機(4)上懸掛下來，從而使所述新管子(3,6)能相對于套管(1)轉(zhuǎn)動，其特征在于，所述抓取器(11)包括一個彈性可膨脹的軟囊(15)，該軟囊具有預(yù)成型的中間筒狀部分和錐形端部，該錐形端部與向下延伸的管元件(10)形成防流體泄漏的且具有抗扭轉(zhuǎn)強度的連接，所述管元件位于所述伸縮管裝置(9,10)之中，使得抓取器(11)既能插入所述新管子(3,6)的上部、又能從中抽出，所述軟囊(15)加工成能夠在不膨脹狀態(tài)下無阻礙地插入所述新管子(3,6)/從所述新管子(3,6)中抽出，并且使其在膨脹狀態(tài)下與所述管子(3,6)的內(nèi)壁部分形成抗扭的摩擦連接。
2．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述軟囊(15)分別由橡膠或者類似橡膠的塑性材料或者其它橡膠類的物質(zhì)構(gòu)成；并且其兩個錐形端部中的每一個均形成環(huán)形外端，每一端均最好借助于外部夾鉗(16,17)與伸縮管裝置(9,10)的所述管元件(10)形成防流體泄漏的且具有抗扭轉(zhuǎn)強度的連接。
3．如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，有一根細(xì)的液壓流體輸送管(19)穿過伸縮管裝置(9,10)、并穿過管元件(10)的管壁延伸，其開口端位于環(huán)形內(nèi)腔(18)之中，所述內(nèi)腔(18)由軟囊(15)從外部限定，這樣使得當(dāng)所述新管子(3,6)牢固地旋合在套管(1)的上端時，使環(huán)形腔(18)分別受壓或者釋壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于將管子(3)相互連接而形成套管(1)的裝置。一根欲加裝到套管(1)頂部的新管于(3)從與絞車相連的升降機(4)上懸掛下來,絞車與升降機(4)上方的頂部驅(qū)動裝置(7)相連。該裝置包括一個管狀液壓伸縮管裝置(9,10),其一端與頂部驅(qū)動裝置(7)的輸出軸(8)相連,其另一端帶有一個抓取器(11),該抓取器適于夾持、提升和旋轉(zhuǎn)管子(3)。該抓取器(11)適于被導(dǎo)入管子(3)并膨脹而抵壓著所述管子,從而形成內(nèi)部摩擦連接。
文檔編號E21B19/07GK1230240SQ97197868
公開日1999年9月29日 申請日期1997年9月10日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月13日
發(fā)明者J·耶德波 申請人:海特克公司