專利名稱：油田管式扭矩扳手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及油田管式扭矩扳手，油田管式扭矩扳手有時稱為 動力夾鉗或鐵鉆工。這些裝置用于處理井筒管，諸如鉆管、扶正器和 鉆頭的組裝或分開。
背景技術(shù)：
在油田鉆探和管運行操作中當(dāng)組裝或分開鉆管接頭、鉆鋌、套管 等時，已采用各種類型的扭矩扳手。通常，有時稱為動力夾鉗或鐵鉆 工的扭矩扳手包括上夾鉗和下夾鉗，在上夾鉗和下夾鉗以旋轉(zhuǎn)或剪切 方式移動的情況下，所述上夾鉗和下夾鉗依序夾緊和釋放上鉆管和下 鉆管，從而擰上或松脫鉆管接頭之間的螺紋連接。為此已提供了動力 操作的夾鉗。
在一些扭矩扳手中，上夾鉗和下夾鉗通過扭轉(zhuǎn)氣缸而彼此相對旋 轉(zhuǎn)，該扭轉(zhuǎn)氣缸能伸出或縮回以可根據(jù)需要地分開或組裝鉆管。每個 夾鉗上的管咬入或夾緊系統(tǒng)使用包括管夾緊板牙的可移動板牙頭。板 牙頭可通過各種裝置移動，所述裝置例如包括伸出以移動板牙頭與管 形成夾緊或咬入接合的液壓油缸。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的廣義方面，提供一種油田管式扭矩扳手，該扭矩扳 手包括下夾鉗，其包括凹口，用于接收沿穿過該凹口的軸線定位的 油田管；上夾鉗，其包括凹口，該上夾鉗安裝在下夾鉗上方，上夾鉗 的凹口定位在下夾鉗的凹口上方，從而該軸線穿過上夾鉗的凹口；管 夾緊板牙，其位于上夾鉗和下夾鉗的凹口中，所述管夾緊板牙可在伸 出位置與縮回位置之間驅(qū)動；旋轉(zhuǎn)軸承，其位于上夾鉗與下夾鉗之間，
5允許上夾鉗和下夾鉗彼此相對旋轉(zhuǎn)，同時凹口利用穿過該凹口的軸線 保持定位；驅(qū)動系統(tǒng)，其連接在上夾鉗與下夾鉗之間，該驅(qū)動系統(tǒng)可 操作成產(chǎn)生力向量以驅(qū)動上夾鉗和下夾鉗在旋轉(zhuǎn)軸承上旋轉(zhuǎn)；以及(i) 用于測量垂直于力向量并在力向量與軸線之間測量的實際半徑的系 統(tǒng)，禾口(U)用于測量由該驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生的實際力向量的系統(tǒng)中的至少一 個°
根據(jù)本發(fā)明的另一廣義方面，提供一種用于測量油田管式扭矩扳 手的所施加扭矩的方法，該油田扭矩扳手可操作成繞旋轉(zhuǎn)軸線扭轉(zhuǎn)管， 并且該油田扭矩扳手包括下夾鉗，其包括凹口，在操作期間該旋轉(zhuǎn) 軸線穿過該凹口；上夾鉗，其包括凹口，該上夾鉗安裝在下夾鉗上方， 上夾鉗的凹口定位在下夾鉗的凹口上方，從而該旋轉(zhuǎn)軸線穿過上夾鉗 的凹口；管夾緊板牙，其位于上夾鉗和下夾鉗的凹口中；旋轉(zhuǎn)軸承， 其位于上夾鉗與下夾鉗之間，允許上夾鉗和下夾鉗彼此相對旋轉(zhuǎn)，同 時凹口利用穿過該凹口的旋轉(zhuǎn)軸線保持定位；驅(qū)動系統(tǒng)，其連接在上 夾鉗與下夾鉗之間，該驅(qū)動系統(tǒng)可操作成產(chǎn)生力向量以驅(qū)動上夾鉗和 下夾鉗在旋轉(zhuǎn)軸承上旋轉(zhuǎn)，該方法包括確定(i)垂直于力向量并在力 向量與管的旋轉(zhuǎn)軸線之間測量的實際半徑測量值，禾P(ii)被施加以扭轉(zhuǎn) 連接的此力的實際力測量值中的至少一個；以及基于所述至少一個測 量值來計算扭矩。
將要理解的是根據(jù)下面的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它方面對于本領(lǐng) 域中的技術(shù)人員將是顯而易見的，其中本發(fā)明的各種實施例作為示例 顯示和描述。如將認(rèn)識到的，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下， 本發(fā)明能用于其它和不同的實施例，并且本發(fā)明的若干細(xì)節(jié)能在各其 它方面進行修改。因此，附圖和詳細(xì)描述在本質(zhì)上應(yīng)被認(rèn)為是示例性 的而不是限定性的。


參照附圖，其中在所有這些視圖中，相同的附圖標(biāo)記指示相似的部件，在附圖中對本發(fā)明的幾個方面作為示例而不是作為限制進行了 詳細(xì)地圖示，其中
圖1A和圖1B分別是安裝在安裝結(jié)構(gòu)上的扭矩扳手的透視圖和頂視圖。
圖2A和圖2B是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的扭矩扳手的透視圖， 其中圖2A顯示了處于中性位置中的扭矩扳手夾鉗，而圖2B顯示了處 于連接擰上(組裝)開始位置中的扭矩扳手夾鉗。
圖3A和圖3B是可在本發(fā)明中使用的線性驅(qū)動系統(tǒng)的示意圖，其 中圖3A顯示了處于中性位置中的扭矩扳手夾鉗，而圖3B顯示了處于 擰上(torque up)開始位置中的扭矩扳手夾鉗。
具體實施例方式
下文結(jié)合附圖闡述的詳細(xì)描述意欲作為本發(fā)明的各種實施例的描 述，而不意欲僅表示由發(fā)明人所預(yù)期的實施例。為了提供對本發(fā)明的 全面理解，該詳細(xì)描述包括具體細(xì)節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人 員將明顯的是本發(fā)明可在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實施。
本發(fā)明總體涉及在組裝或分開油田管中使用的鉆管扭矩扳手夾鉗 并且包括用于夾緊待處理管的板牙。
為便于理解鉆管扭矩扳手，注意到這樣的裝置經(jīng)常包括液壓或氣 動動力的上夾鉗和下夾鉗，所述上夾鉗和下夾鉗旋轉(zhuǎn)連接用于剪切動 作。夾鉗的每一個包括用于咬入或夾緊待處理的管的板牙。
現(xiàn)在具體參照附圖的圖1A到圖2B，本發(fā)明的動力致動的鉆管扭 矩扳手的一個實施例總體由附圖標(biāo)記IO表示并與鉆機平臺12、支承構(gòu) 件結(jié)合示出，在此實施例中，該支承構(gòu)件包括臂16，臂16包括用于扳 手的橫向延伸的支承構(gòu)件18。扳手與總體由附圖標(biāo)記20表示的旋轉(zhuǎn)器 關(guān)聯(lián)，該旋轉(zhuǎn)器20位于扳手上方，用于使管旋轉(zhuǎn)。盡管下文使用液壓 傳動的動力氣缸以及與之相應(yīng)的液壓回路對本發(fā)明進行描述，但是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將容易認(rèn)識和理解的是可替代地，本發(fā)明的動力氣 缸中的任一或所有氣缸能是氣動的，并且傳統(tǒng)的氣動回路可與其一起 使用?？商娲兀墒褂寐輻U驅(qū)動或其它驅(qū)動器。
夾鉗10包括上夾鉗22和下夾鉗24，上夾鉗22和下夾鉗24的每 一個可基本相同并各自包括水平布置的本體26，該本體26在其邊緣處 具有凹口 28以接收待處理的油田管，所述油田管從而包括例如鉆管的 接頭、鉆鋌、套管、井筒襯墊、鉆頭等。
在操作中，上夾鉗22可作用于上管30，而下夾鉗24可作用于下 管31。管30、 31以虛線顯示以便于圖示。在上夾鉗22夾緊上管而下 夾鉗夾緊下管的情況下，夾鉗22、 24可彼此相對旋轉(zhuǎn)，這經(jīng)常包括保 持夾鉗中的一個固定，而另一夾鉗相對其旋轉(zhuǎn)，以擰上或分開管之間 的螺紋連接。凹口 28形成為使得管30、 31大體沿軸線x延伸通過凹 口，并且在夾鉗的旋轉(zhuǎn)期間，凹口保持一個在另一個之上地定位。
每個夾鉗包括多個通過本體26支承在凹口 28中的管夾緊板牙34。 管夾緊板牙包括安裝在其上的管夾緊齒。在圖示的實施例中，板牙34 安裝在板牙頭38上，所述板牙頭38可如通過液壓傳動裝置39、氣動 裝置、螺桿驅(qū)動等朝著和遠(yuǎn)離軸線x移動。這樣，板牙34可根據(jù)需要 伸入凹口 28中的夾緊位置中或從夾緊位置中縮回。在圖示的實施例中， 板牙頭定位在凹口 28中以基本彼此直徑相對地作用，用于夾緊其間的 管。
每個板牙頭38可具有成角度的或彎曲的表面，板牙頭38的板牙 34以間隔開的關(guān)系安裝在該表面上，從而板牙沿弓形路徑布置以大體 沿著待夾緊的管30的外表面，當(dāng)然該外表面也大體是弓形的。間隔的 成角度定位可以使板牙34能將間隔的點接合在管的圓周上。
上夾鉗22可相對于下夾鉗24旋轉(zhuǎn)，以將夾鉗從圖1和圖2A中所示的中性位置移動到組裝扭轉(zhuǎn)位置或分開扭轉(zhuǎn)位置中的一個。組裝扭 轉(zhuǎn)開始位置在圖2B中示出。要允許旋轉(zhuǎn)動作，可將可縮回和伸出的線 性驅(qū)動系統(tǒng)樞轉(zhuǎn)地連接在上夾鉗與下夾鉗之間。在圖示的實施例中，
該線性驅(qū)動系統(tǒng)包括與夾鉗本體26的遠(yuǎn)離板牙頭38的一端相鄰地設(shè) 置的雙動液壓活塞和氣缸組件96。氣缸組件96在其第一端處通過樞銷 97a和軸承組件連接到下夾鉗24而在其相對端處通過樞銷97b和軸承 組件連接到上夾鉗22。氣缸組件96互連上夾鉗22和下夾鉗24，從而 通過以與板牙頭的伸出和縮回同步的關(guān)系伸出和縮回扭轉(zhuǎn)活塞和氣缸 組件96，上管30和下管31可以以組裝或分開其間的螺紋連接的方式 被夾緊和扭轉(zhuǎn)。
活塞和氣缸組件96的伸出和縮回將導(dǎo)致上夾鉗22和下夾鉗24朝 著和遠(yuǎn)離圖2B中所示的扭轉(zhuǎn)位置移動并進入或通過圖2A中所示的中 性位置。也就是說，在上夾鉗22或者與下夾鉗24對齊或者上夾鉗22 相對于下夾鉗24移動到作為圖2B中所示的扭轉(zhuǎn)位置的成角度位置的 情況下，夾鉗22和24以旋轉(zhuǎn)方式移動并在利用板牙夾緊上管和下管 之后，管可彼此相對旋轉(zhuǎn)。
上夾鉗22和下夾鉗24可通過旋轉(zhuǎn)軸承旋轉(zhuǎn)互連。在一個實施例 中，例如旋轉(zhuǎn)軸承包括軸承環(huán)組件116。軸承環(huán)組件116可以包括在凹 口 28的外部隔開的第一部分環(huán)118和第二部分環(huán)126，從而對管通過 夾鉗的移動將不存在影響。在此圖示的實施例中，第一部分環(huán)118固 定到上夾鉗的本體26，而第二部分環(huán)126固定到下夾鉗24。環(huán)118和 126形成為在其連接面處互鎖以提供如下旋轉(zhuǎn)軸承，即上夾鉗和下夾鉗 能在該旋轉(zhuǎn)軸承上相對彼此樞轉(zhuǎn)。環(huán)之間的連接面承受夾鉗之間的力 并旋轉(zhuǎn)地定向上夾鉗22和下夾鉗24，從而上夾鉗22和下夾鉗24在其 相對樞轉(zhuǎn)運動期間將繞軸線x樞轉(zhuǎn)。
當(dāng)夾鉗與待處理的油田管30、 31適當(dāng)?shù)貙R時，油田管30、 31 之間的螺紋連接設(shè)置在上夾鉗22的板牙34與下夾鉗24的板牙34之
9間，并且管大體沿軸線X延伸。在此位置中，可致動下夾鉗24的板牙
頭38以在其間夾緊下管31。然后，取決于是組裝還是分開該螺紋連接，扭矩活塞和氣缸組件96伸出或縮回。在扭矩氣缸的伸出或縮回期間，上夾鉗22上的板牙頭38將處于其縮回位置，從而上夾鉗22能相對于上管40旋轉(zhuǎn)。因而，在上夾鉗22被釋放以及扭矩活塞和氣缸組件96取決于是組裝還是分開鉆管而或伸出或縮回到初始位置的情況下，上夾鉗22此時可通過移出板牙頭以將承載在其上的板牙置于與管夾緊的關(guān)系中來與上管30形成夾緊接合。在此發(fā)生之后，上管30和下管31通過各自的夾鉗牢固地夾緊。然后，可致動活塞和氣缸組件96，用于使上夾鉗22和下夾鉗24彼此相對樞轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)地移動，從而取決于是組裝還是分開管之間的螺紋連接來以順時針的方式或逆時針的方式扭轉(zhuǎn)鉆管接頭30和31。
當(dāng)處理油田管時，可能期望確定在組裝或分開期間所施加的扭矩。盡管在一些情形中粗略的扭矩計算是可以接受的，但是在其它情形中確定實際施加的扭矩可能是必須的或所期望的。在上文所述類型的扭矩扳手中，通過上夾鉗與下夾鉗之間的線性驅(qū)動機構(gòu)的作用來施加扭矩。將扭矩計算為力向量乘以半徑的乘積，該半徑是從所施加的力的點到產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)軸線的距離。這樣，在一個實施例中并且參照圖3A和圖3B，由該扭矩扳手施加的扭矩可通過首先確定如下中的一個或兩個來計算(i)垂直于力向量并在產(chǎn)生力的線性驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動軸線F與軸線x之間測量的實際半徑，該力向量在圖示的實施例中為線性驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動軸線F，該軸線x是管的旋轉(zhuǎn)中心，或者(ii)考慮到動態(tài)操作條件，所施加的用于扭轉(zhuǎn)連接的實際力，在圖示的實施例中，所述力可例如通過線性驅(qū)動機構(gòu)產(chǎn)生?？稍谂ぞ匕馐值牟僮髌陂g的一個或多個選定時間進行此測量。在一個實施例中，扭矩扳手監(jiān)控/控制系統(tǒng)可在操作期間針對實際半徑或?qū)嶋H力中的任一個或兩個重復(fù)采樣，從而此測量值可用于確定扭矩。如果此進行中的測量引人關(guān)注，則重復(fù)采樣可處于秒級或者可能地毫秒級抑或可以更頻繁。監(jiān)控/控制系統(tǒng)可接受和處理扭矩扳手上的測量和控制操作。在圖示的實施例中，線性驅(qū)動機構(gòu)顯示為通過樞軸連接件197a連接到下夾鉗124以及通過樞軸連接件197b連接到上夾鉗的氣缸196。為了確定從力向量、驅(qū)動軸線F到軸線x的實際半徑垂線，可對如下事實進行考慮該半徑隨著氣缸運行伸出和縮回的一個沖程而變化。例如在圖示的實施例中，在圖3B的連接組裝開始位置中驅(qū)動軸線F與軸線x之間的半徑Rl小于當(dāng)上夾鉗和下夾鉗處于圖3A中所示的中性位置時驅(qū)動軸線F與軸線x之間的半徑R2。各種裝置和過程可用于確定驅(qū)動軸線F與軸線x之間的實際半徑，這可包括如通過得知井中心的位置而進行的半徑的實際測量以及用于確定力向量位置的傳感器。可替代地，實際半徑可通過其它扳手參數(shù)取得。例如，注意到驅(qū)動軸線F與軸線x之間的半徑隨氣缸的沖程長度改變。具體地，當(dāng)氣缸桿196a相對于氣缸的活塞外殼196b伸出或縮回時，氣缸分別繞其對于上夾鉗和下夾鉗的樞軸座197a、 197b樞轉(zhuǎn)，而這導(dǎo)致氣缸驅(qū)動軸線相對于軸線x移動。因而，隨著氣缸運行一個沖程，從氣缸軸線F到管的中心、軸線x的距離也變化。如果期望確定實際半徑，則可能期望確定操作期間與扭矩扳手氣缸196的各種或所有沖程位置有關(guān)的半徑測量值。此后，可對氣缸的長度進行監(jiān)控，從而確定實際半徑。在操作期間，可利用各種沖程長度測量裝置198，諸如例如允許實時測量的裝置，如利用氣缸用線性換能器、磁致伸縮傳感器、可變磁阻或激光器或聲波測量裝置中的任一個在一次的基礎(chǔ)上或在持續(xù)進行的基礎(chǔ)上確定氣缸的沖程長度。 一旦已經(jīng)針對扭矩扳手構(gòu)造/幾何形狀進行了關(guān)聯(lián)的沖程長度和半徑測量，則它們在操作期間不應(yīng)變化。因而，此測量值可存儲在自動化系統(tǒng)中，用于在扭矩測量中使用。在一個實施例中，例如，能制定將沖程長度與實際半徑相關(guān)聯(lián)的方程。在任意特定的時
間或基本連續(xù)地，當(dāng)扭矩確定令人關(guān)注時，可確定驅(qū)動的實際長度并將其與力一起用來計算扭矩。
可基于如下的考慮來確定真實的力例如把包括例如背壓阻力等的扭矩操作的動態(tài)參數(shù)計算在內(nèi)。當(dāng)考慮到由線性驅(qū)動機構(gòu)施加的實際力的確定時，可將各種力確定系統(tǒng)199與氣缸196 —起使用。在一
個實施例中，包括至少一個壓力換能器并且將液壓系統(tǒng)中的背壓和壓降中的一個或多個計算在內(nèi)的力確定系統(tǒng)可用于在持續(xù)進行的基礎(chǔ)上測量力。在一個實施例中，例如，可使用這樣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)測量活塞上的壓差從而測量所施加的力，并且該系統(tǒng)可包括例如靠近氣缸安
裝且與通向桿側(cè)腔的液壓管線處于壓力傳感連通的壓力換能器200a和位于通向活塞面?zhèn)惹坏囊簤汗芫€上的壓力換能器200b。在另一實施例中，可采用例如包括應(yīng)變儀197c的系統(tǒng)來測量氣缸上的應(yīng)變，應(yīng)變儀197c安裝在樞軸連接件197a或197b上，該系統(tǒng)可例如在變形的基礎(chǔ)上來測量力。在又一實施例中，可使用測壓儀式壓力換能器，氣缸設(shè)置為抵靠該壓力換能器作用。在扭轉(zhuǎn)操作期間可根據(jù)需要實時連續(xù)地或在一個或多個選定時間來測量力，并且此力的測量值可用于計算扭矩。
基于(i)實際半徑和(ii)實際力中的一個或兩個的扭矩計算可增強連接組裝和分開操作并且在運行數(shù)據(jù)的記錄和系統(tǒng)監(jiān)控中是有益的。當(dāng)然為了精度，可能有益的是以實際半徑和實際力為基礎(chǔ)在扭轉(zhuǎn)操作期間的任意特定時間計算扭矩。
由于相對于由扭矩扳手向正被扭轉(zhuǎn)的管連接施加的扭矩的量而言，實際扭矩通常令人關(guān)注，所以，可能令人關(guān)注的是計算操作扭矩扳手所需的基本扭矩(background torque)，例如驅(qū)動上夾鉗和下夾鉗以使其例如通過軸承環(huán)組件116相對彼此旋轉(zhuǎn)所需的扭矩。如果對軸承環(huán)組件116中的摩擦進行測量，則可將此摩擦產(chǎn)生的扭矩需求從最終的扭矩計算中去除?？商娲鼗虼送?，可能期望為軸承環(huán)組件選擇低摩擦配置以便盡可能多地減少驅(qū)動上夾鉗相對于下夾鉗的旋轉(zhuǎn)所需的扭矩。
提供所公開實施例的先前描述以使本領(lǐng)域中的任何技術(shù)人員能夠作出或使用本發(fā)明。對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員而言，對這些實施例作出各種更改將是顯而易見的，并且在不偏離本發(fā)明的精神或范圍的情 況下，此處限定的一般原理可應(yīng)用于其它實施例。因而，本發(fā)明無意 限制于此處所示的實施例，而是要給予與權(quán)利要求一致的全部范圍， 其中對單數(shù)形式的元件的參照，諸如冠詞"一"或"一種"的使用并
非用來意指"一個和僅僅一個"，除非明確如此陳述，而是指"一個或 多個"。為本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員所公知或以后將要公知的與貫穿該 公開所描述的各種實施例的元件等同的所有結(jié)構(gòu)和功能等同物意欲被 權(quán)利要求的元件所包括。此外，此處所公開的內(nèi)容均無意貢獻給公眾， 無論此公開是否在權(quán)利要求中進行明確敘述。權(quán)利要求的元件不應(yīng)在
35 USC 112、第六段的條款下解釋，除非使用短語"用于…的方法"或
"用于…的步驟"對該元件進行了確切的敘述。
權(quán)利要求
1.一種油田管式扭矩扳手，包括下夾鉗，該下夾鉗包括凹口，用于接收沿穿過所述凹口的軸線定位的油田管；上夾鉗，該上夾鉗包括凹口，所述上夾鉗安裝在所述下夾鉗上方，其中所述上夾鉗的所述凹口定位在所述下夾鉗的所述凹口上方，從而所述軸線從中穿過；管夾緊板牙，該管夾緊板牙位于所述上夾鉗和所述下夾鉗的所述凹口中，所述管夾緊板牙可在伸出位置與縮回位置之間驅(qū)動；旋轉(zhuǎn)軸承，該旋轉(zhuǎn)軸承位于所述上夾鉗與所述下夾鉗之間，允許所述上夾鉗和所述下夾鉗彼此相對旋轉(zhuǎn)，同時所述凹口利用穿過所述凹口的所述軸線保持定位；驅(qū)動系統(tǒng)，該驅(qū)動系統(tǒng)連接在所述上夾鉗與所述下夾鉗之間，所述驅(qū)動系統(tǒng)可操作成產(chǎn)生力向量，以驅(qū)動所述上夾鉗和所述下夾鉗在所述旋轉(zhuǎn)軸承上旋轉(zhuǎn)；以及下面(i)和(ii)中的至少一個(i)用于測量垂直于所述力向量并在所述力向量與所述軸線之間測量的實際半徑的系統(tǒng)，以及(ii)用于測量由所述驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生的實際力向量的系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的油田管式扭矩扳手，其中所述驅(qū)動系統(tǒng)是線性驅(qū)動系統(tǒng)，并且用于測量實際半徑的所述系統(tǒng)包括線性驅(qū)動長度測量裝置，所述線性驅(qū)動長度測量裝置可操作成在所述扭矩扳手的操作期間測量所述上夾鉗與所述下夾鉗之間的驅(qū)動長度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的油田管式扭矩扳手，其中所述驅(qū)動系統(tǒng)是液壓驅(qū)動系統(tǒng)，所述液壓驅(qū)動系統(tǒng)包括具有活塞的液壓缸，并且用于測量實際力的所述系統(tǒng)把所述液壓驅(qū)動系統(tǒng)的背壓計算在內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的油田管式扭矩扳手，其中所述驅(qū)動系統(tǒng)是液壓驅(qū)動系統(tǒng)，所述液壓驅(qū)動系統(tǒng)包括具有活塞的液壓缸，并且用于測量實際力的所述系統(tǒng)把操作期間所述液壓驅(qū)動系統(tǒng)的壓降計算在內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的油田管式扭矩扳手，其中所述驅(qū)動系統(tǒng)是線性驅(qū)動系統(tǒng)，所述線性驅(qū)動系統(tǒng)包括具有活塞的液壓缸，并且用于測量實際力的所述系統(tǒng)包括用于測量所述活塞上的液壓差的系統(tǒng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的油田管式扭矩扳手，其中用于測量實際力的所述系統(tǒng)包括與所述驅(qū)動系統(tǒng)通信的應(yīng)變儀。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的油田管式扭矩扳手，該油田管式扭矩扳手既包括用于測量實際半徑的系統(tǒng)，又包括用于測量實際扭矩的系統(tǒng)。
8. —種用于測量油田管式扭矩扳手的施加扭矩的方法，油田扭矩扳手可操作成繞旋轉(zhuǎn)軸線扭轉(zhuǎn)管，并且所述油田扭矩扳手包括下夾鉗，該下夾鉗包括凹口，在操作期間所述旋轉(zhuǎn)軸線穿過所述凹口；上夾鉗，該上夾鉗包括凹口，所述上夾鉗安裝在所述下夾鉗上方，其中所述上夾鉗的所述凹口定位在所述下夾鉗的所述凹口上方，從而所述旋轉(zhuǎn)軸線從中穿過；管夾緊板牙，該管夾緊板牙位于所述上夾鉗和所述下夾鉗的所述凹口中；旋轉(zhuǎn)軸承，該旋轉(zhuǎn)軸承位于所述上夾鉗與所述下夾鉗之間，允許所述上夾鉗和所述下夾鉗彼此相對旋轉(zhuǎn)，同時所述凹口利用穿過所述凹口的所述旋轉(zhuǎn)軸線保持定位；驅(qū)動系統(tǒng)，該驅(qū)動系統(tǒng)連接在所述上夾鉗與所述下夾鉗之間，所述驅(qū)動系統(tǒng)可操作成產(chǎn)生力向量，以驅(qū)動所述上夾鉗和所述下夾鉗在所述旋轉(zhuǎn)軸承上旋轉(zhuǎn)，所述方法包括確定下面(i)和(ii)中的至少一個(i)垂直于所述力向量并在所述力向量與所述管的所述旋轉(zhuǎn)軸線之間測量的實際半徑測量值，和(ii)被施加以扭轉(zhuǎn)連接的所述力的實際力測量值；以及基于至少一個測量值來計算扭矩。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述實際半徑測量值通過如下測量獲取使線性驅(qū)動長度與半徑測量值相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)；測量在所述扭矩扳手操作期間的實際線性驅(qū)動長度；使用所述實際線性驅(qū)動長度來從所述數(shù)據(jù)推斷實際半徑測量值；并且其中計算施加的扭矩的步驟基于所述半徑測量值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述驅(qū)動系統(tǒng)是液壓驅(qū)動系統(tǒng)，所述液壓驅(qū)動系統(tǒng)包括具有活塞的液壓缸，并且測量實際力的步驟把所述液壓驅(qū)動系統(tǒng)的背壓計算在內(nèi)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述驅(qū)動系統(tǒng)是液壓驅(qū)動系統(tǒng)，所述液壓驅(qū)動系統(tǒng)包括具有活塞的液壓缸，并且測量實際力的步驟把操作期間所述液壓驅(qū)動系統(tǒng)的壓降計算在內(nèi)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述驅(qū)動系統(tǒng)是線性驅(qū)動系統(tǒng)，所述線性驅(qū)動系統(tǒng)包括具有活塞的液壓缸，并且測量實際力的步驟包括測量所述活塞上的液壓差。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中測量實際力的步驟監(jiān)控與所述驅(qū)動系統(tǒng)通信的應(yīng)變儀。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，包括確定所述實際半徑和所述實際扭矩。
15. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進一步包括確定所述旋轉(zhuǎn)軸承的摩擦產(chǎn)生的扭矩需求，并將所述摩擦產(chǎn)生的扭矩需求從所計算的扭矩中去除。
16. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進一步包括基于所計算的扭矩來控制所述扭矩扳手的操作。
全文摘要
一種用于測量油田管式扭矩扳手的施加扭矩的方法，該油田扭矩扳手可操作成繞旋轉(zhuǎn)軸線扭轉(zhuǎn)管，并且該油田扭矩扳手包括下夾鉗，其包括凹口，在操作期間該旋轉(zhuǎn)軸線穿過該凹口；上夾鉗，其包括凹口，該上夾鉗安裝在下夾鉗上方，上夾鉗的凹口定位在下夾鉗的凹口上方，從而該旋轉(zhuǎn)軸線穿過上夾鉗的凹口；管夾緊板牙，其位于上夾鉗和下夾鉗的凹口中；旋轉(zhuǎn)軸承，其位于上夾鉗與下夾鉗之間，允許上夾鉗和下夾鉗彼此相對旋轉(zhuǎn)，同時凹口利用穿過該凹口的旋轉(zhuǎn)軸線保持定位；驅(qū)動系統(tǒng)，其連接在上夾鉗與下夾鉗之間，該驅(qū)動系統(tǒng)可操作成產(chǎn)生力向量以驅(qū)動上夾鉗和下夾鉗在旋轉(zhuǎn)軸承上旋轉(zhuǎn)，該方法包括確定(i)垂直于力向量并在力向量與管的旋轉(zhuǎn)軸線之間測量的實際半徑測量值，和(ii)被施加以扭轉(zhuǎn)連接的此力的實際力測量值中的至少一個；以及基于所述至少一個測量值來計算扭矩。一種扭矩扳手包括用于測量實際半徑和/或?qū)嶋H力的系統(tǒng)。
文檔編號E21B19/16GK101529046SQ200680056149
公開日2009年9月9日 申請日期2006年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月24日
發(fā)明者道格拉斯·A·亨特 申請人:坎里格鉆探技術(shù)有限公司