具有正驅(qū)動(dòng)抓握機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)控制裝置制造方法
【專利摘要】一種旋轉(zhuǎn)控制裝置，其可包括：被可旋轉(zhuǎn)地安裝的密封件，其密封地接合鉆柱；以及抓握機(jī)構(gòu)，其抓握鉆柱，由此迫使密封件隨鉆柱旋轉(zhuǎn)。一種鉆探方法，其可包括在旋轉(zhuǎn)控制裝置中定位鉆柱、利用旋轉(zhuǎn)控制裝置的抓握機(jī)構(gòu)來(lái)抓握鉆柱、以及使鉆柱旋轉(zhuǎn)，抓握機(jī)構(gòu)與鉆柱之間的抓握接合引起旋轉(zhuǎn)控制裝置的密封件與鉆柱一起旋轉(zhuǎn)。一種井系統(tǒng)，其可包括鉆柱和旋轉(zhuǎn)控制裝置，旋轉(zhuǎn)控制裝置包括密封地接合鉆柱的密封件和抓握地接合鉆柱的抓握機(jī)構(gòu)。
【專利說(shuō)明】具有正驅(qū)動(dòng)抓握機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及與鉆井結(jié)合使用的設(shè)備和所執(zhí)行的操作，在本文描述的實(shí)施例中，更具體地提供一種旋轉(zhuǎn)控制裝置，其具有用于旋轉(zhuǎn)控制裝置中的密封件的正驅(qū)動(dòng)的抓握機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]旋轉(zhuǎn)控制裝置包括在鉆柱周圍進(jìn)行密封的密封件。更換密封件費(fèi)時(shí)且費(fèi)力，在某些情形下還能夠有危險(xiǎn)。因此應(yīng)認(rèn)識(shí)到，期望的是防止密封件磨損或損壞。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0003]圖1是能夠體現(xiàn)本發(fā)明的原理的井系統(tǒng)和相關(guān)方法的代表性的正視圖。
[0004]圖2是現(xiàn)有技術(shù)的旋轉(zhuǎn)控制裝置的代表性的剖視圖。
[0005]圖3是能夠用于圖1的井系統(tǒng)和方法并能夠體現(xiàn)本發(fā)明的原理的旋轉(zhuǎn)控制裝置的代表性的局部剖視圖。
[0006]圖4是能夠用于圖3的旋轉(zhuǎn)控制裝置并能夠體現(xiàn)本發(fā)明的原理的抓握機(jī)構(gòu)的代表性的剖視圖。
[0007]圖5是抓握機(jī)構(gòu)的夾爪在上抓握位置的代表性的剖視圖。
[0008]圖6是抓握機(jī)構(gòu)的另一構(gòu)造的代表性的剖視圖。
[0009]圖7是沿圖6的線7-7截取的抓握機(jī)構(gòu)的代表性的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]圖1代表性地示出能夠體現(xiàn)本發(fā)明的原理的井系統(tǒng)10和相關(guān)方法。在井系統(tǒng)10中，鉆柱12穿過(guò)井口裝置16上的防噴器(BOP)組14向下延伸。頂驅(qū)18 (例如包括液壓或電動(dòng)馬達(dá))被用來(lái)使鉆柱12旋轉(zhuǎn)，由此引起鉆柱的位于遠(yuǎn)端的鉆頭(圖中未示)旋轉(zhuǎn)，并由此鉆入大地。
[0011]旋轉(zhuǎn)控制裝置(RCD) 20隔絕鉆柱12周圍徑向形成的環(huán)空，使得井口裝置16以下的井與大氣隔尚。出口 22使流體(例如鉆泥等等)能夠通過(guò)RCD20以下的井循環(huán)。
[0012]關(guān)于這點(diǎn)，應(yīng)注意本文描述的井系統(tǒng)10僅僅是能夠歸入本發(fā)明的原理的多種井系統(tǒng)中的一個(gè)示例。例如，鉆柱12并非必須隨頂驅(qū)18旋轉(zhuǎn)，這是因?yàn)樵谄渌纠秀@柱可與方鉆桿(kelly)和轉(zhuǎn)盤、或與泥漿馬達(dá)等等一起旋轉(zhuǎn)。因此應(yīng)理解，本發(fā)明的原理不以任何方式限于附圖中示出的或本文中描述的井系統(tǒng)10的細(xì)節(jié)和相關(guān)方法。
[0013]現(xiàn)在再參照?qǐng)D2，其代表性地示出現(xiàn)有技術(shù)的旋轉(zhuǎn)控制裝置(RCD)23。RCD23屬于包括用于密封接合鉆柱12的密封件24、由此隔絕鉆柱與RCD的外側(cè)本體28之間徑向形成的環(huán)空26的類型。
[0014]旋轉(zhuǎn)控制裝置在本領(lǐng)域中也被稱為旋轉(zhuǎn)防噴器、旋轉(zhuǎn)頭、旋轉(zhuǎn)控制頭、旋轉(zhuǎn)分流器等等。旋轉(zhuǎn)控制裝置當(dāng)鉆柱在其中旋轉(zhuǎn)的同時(shí)密封鉆柱周圍。[0015]密封件24被安裝到大體管狀的工作筒30。為工作筒30和密封件24相對(duì)于本體28旋轉(zhuǎn)而設(shè)置有軸承32。
[0016]盡管密封件24和工作筒30能夠隨鉆柱12旋轉(zhuǎn)，但要依賴密封件與鉆柱之間的摩擦來(lái)引起密封件旋轉(zhuǎn)。很遺憾，鉆柱12與密封件24之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)能夠造成密封件損壞，由此縮短密封件的有效壽命。
[0017]過(guò)去在有些情形下，通過(guò)使工作筒與方鉆桿(圖中未示)上的軸襯(圖中未示)接合，已經(jīng)迫使工作筒30隨鉆柱12旋轉(zhuǎn)。然而，該系統(tǒng)僅在方鉆桿被用于鉆探操作時(shí)有效(如果圖1的頂驅(qū)18被用來(lái)旋轉(zhuǎn)鉆柱則不使用方鉆桿)，而且該系統(tǒng)要求密封件24大體抵靠多邊形的方鉆桿(而不抵靠圓柱形的鉆柱)來(lái)進(jìn)行密封。
[0018]現(xiàn)在再參照?qǐng)D3，其代表性地示出與井系統(tǒng)10的剩余部分分開的RCD20。RCD20在許多方面類似于RCD23，這是因?yàn)槠浒芊饧?4、本體28、工作筒30和軸承32。
[0019]然而，RCD20還包括附接在工作筒30的上端的抓握機(jī)構(gòu)34。抓握機(jī)構(gòu)34在圖3中是示意性地示出的，但以下會(huì)提供抓握機(jī)構(gòu)的示例的更詳細(xì)描述。
[0020]抓握機(jī)構(gòu)34按照獨(dú)特的方式抓握鉆柱12，由此迫使工作筒30和密封件24隨鉆柱旋轉(zhuǎn)。這防止(或至少緩和)鉆柱12與密封件24之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。然而，隨著井眼被鉆柱鉆深，或隨著鉆柱被下入或起出井眼，鉆柱12能夠通過(guò)抓握機(jī)構(gòu)34而縱向地(例如沿鉆柱的縱向軸線35的方向)移位。
[0021]現(xiàn)在再參照?qǐng)D4，其代表性地示出抓握機(jī)構(gòu)34的一種構(gòu)造的放大比例的剖視圖。在本圖中，可看到抓握機(jī)構(gòu)34包括夾爪36，這些夾爪可圍繞樞軸38樞轉(zhuǎn)。
[0022]如圖4所示，爪36被完全設(shè)置成徑向地向內(nèi)，在該位置這些爪能夠容易地與其內(nèi)的鉆柱12抓握式地接合。爪36上設(shè)置有齒40，這些齒用于抓握鉆柱12，但是優(yōu)選地這些齒被構(gòu)造為使得它們不損傷鉆柱的外表面(鉆柱穿過(guò)密封件24)，和/或爪可由硬度小于鉆柱硬度的材料(例如鋁等等)制成。
[0023]當(dāng)支架被接納在抓握機(jī)構(gòu)34的側(cè)向尺寸減小段44中時(shí)，支架42向內(nèi)地支撐爪36。此外，扭簧46將爪36徑向向內(nèi)地偏置成與鉆柱抓握接合。
[0024]爪36也相對(duì)于抓握機(jī)構(gòu)34的本體48被壓縮彈簧50向上偏置。具體地,彈簧50向上偏置樞軸38，由此傾向于將支架42移位到側(cè)向尺寸減小段44內(nèi)。
[0025]現(xiàn)在再參照?qǐng)D5，其代表性地示出抓握機(jī)構(gòu)34，其中樞軸38和爪36相對(duì)于圖4的構(gòu)造向下移位。在樞軸38和爪36的這個(gè)位置，支架42不處在側(cè)向尺寸減小段44內(nèi)，而是處在側(cè)向尺寸增大段52內(nèi)，所以爪36能夠圍繞樞軸38向外樞轉(zhuǎn)。
[0026]圖5的構(gòu)造產(chǎn)生于鉆柱的直徑增大部接觸各樞軸38與爪36之間的傾斜上表面54。例如，隨著井眼被鉆，或隨著鉆柱被下入井眼內(nèi)，聯(lián)軸器56(例如圖1示出的聯(lián)軸器，但是在鉆柱12下部)能夠向下移位。聯(lián)軸器56將接觸傾斜表面54，引起樞軸38和爪36從圖4的位置向下移位到圖5的位置，并引起爪按照需要向外樞轉(zhuǎn)以允許聯(lián)軸器通過(guò)抓握機(jī)構(gòu)34。
[0027]請(qǐng)注意，爪36圍繞樞軸38的軸線58旋轉(zhuǎn)，這些樞軸相對(duì)于鉆柱軸線35處于橫向。
[0028]現(xiàn)在再參照?qǐng)D6，其代表性地示出抓握機(jī)構(gòu)34的另一構(gòu)造。在本構(gòu)造中，爪36圍繞樞軸38樞轉(zhuǎn)，這些樞軸38的軸線58平行于鉆柱軸線35，而且傾斜表面54被設(shè)置在這些爪的上端和下端。[0029]爪36被可樞轉(zhuǎn)地安裝在承載件60上，這些承載件60可相對(duì)于本體48側(cè)向地移位。例如彈簧(圖中未不)的偏置器件可被用來(lái)相對(duì)于本體48徑向向內(nèi)地偏置承載件60。
[0030]如果鉆柱12的直徑增大段接觸爪，則爪36的上端和下端的傾斜表面54引起爪徑向向外地移位，而不論直徑增大段通過(guò)抓握機(jī)構(gòu)34向上或向下移位。應(yīng)注意，如果期望，傾斜表面54可設(shè)置在圖4和圖5的構(gòu)造的爪36的上端和下端。
[0031]現(xiàn)在再參照?qǐng)D7，其代表性地示出沿圖6的線7-7截取的抓握機(jī)構(gòu)34的剖視圖。在本圖中可看到如果鉆柱與爪之間存在相對(duì)旋轉(zhuǎn)，爪36的形狀將使得這些爪在鉆柱12上施加的抓握力增大。
[0032]具體地，如果鉆柱12沿圖7中的箭頭62指示的順時(shí)針(右手)方向旋轉(zhuǎn)，并且爪36抓握鉆柱(扭簧46連續(xù)地使爪偏置而與鉆柱抓握接合)，則鉆柱與爪之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)將引起爪圍繞樞軸38逆時(shí)針樞轉(zhuǎn)，由此引起爪施加在鉆柱上的抓握力增大。這是由于爪36具有相對(duì)于樞軸軸線58偏心的輻射狀抓握表面64。
[0033]現(xiàn)在可充分理解上面公開的內(nèi)容表明了針對(duì)構(gòu)造和操作旋轉(zhuǎn)控制裝置技術(shù)取得的若干進(jìn)步。旋轉(zhuǎn)控制裝置20減少了密封件24因密封件與鉆柱12之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)而造成的磨損和損壞。
[0034]上面的公開內(nèi)容描述了一種旋轉(zhuǎn)控制裝置20，其可包括被可旋轉(zhuǎn)地安裝的密封件24，密封件24密封地接合鉆柱12。抓握機(jī)構(gòu)34抓握鉆柱12，且由此迫使密封件24與鉆柱12旋轉(zhuǎn)。
[0035]抓握機(jī)構(gòu)34可包括抓握鉆柱12的夾爪36。夾爪36可被偏置而接觸鉆柱12。爪36可相對(duì)于鉆柱12被徑向地移位。
[0036]爪36可圍繞相對(duì)于鉆柱12為橫向的軸線58樞轉(zhuǎn)。爪36可圍繞平行于鉆柱12的縱向軸線35的軸線58樞轉(zhuǎn)。
[0037]鉆柱12相對(duì)于抓握機(jī)構(gòu)34的旋轉(zhuǎn)能夠引起由抓握機(jī)構(gòu)34施加的抓握力增大。
[0038]以上還描述了一種鉆探方法。該方法可包括在旋轉(zhuǎn)控制裝置20中定位鉆柱12，利用旋轉(zhuǎn)控制裝置20的抓握機(jī)構(gòu)34來(lái)抓握鉆柱12，以及使鉆柱12旋轉(zhuǎn)，抓握機(jī)構(gòu)34與鉆柱12之間的抓握接合引起旋轉(zhuǎn)控制裝置20的密封件24與鉆柱12 —起旋轉(zhuǎn)。
[0039]使鉆柱12旋轉(zhuǎn)可包括當(dāng)鉆柱12相對(duì)于抓握機(jī)構(gòu)34旋轉(zhuǎn)時(shí)，增大由抓握機(jī)構(gòu)34施加的抓握力。
[0040]抓握鉆柱12可包括使抓握機(jī)構(gòu)34的夾爪36與鉆柱12接合。使夾爪36接合可包括使夾爪36樞轉(zhuǎn)。
[0041]該方法也可包括隨著鉆柱12的直徑增大段通過(guò)旋轉(zhuǎn)控制裝置20移位，使夾爪36相對(duì)于鉆柱12徑向向外地移位。
[0042]該方法可還包括使抓握機(jī)構(gòu)34附接到旋轉(zhuǎn)控制裝置20的工作筒30，工作筒30相對(duì)于密封件24被固定。
[0043]以上公開內(nèi)容還描述了井系統(tǒng)10和旋轉(zhuǎn)控制裝置20，井系統(tǒng)10可包括鉆柱12，而旋轉(zhuǎn)控制裝置20包括密封地接合鉆柱12的密封件24和抓握地接合鉆柱12的抓握機(jī)構(gòu)34。
[0044]井系統(tǒng)10可還包括使鉆柱12旋轉(zhuǎn)的頂驅(qū)18。
[0045]應(yīng)理解，本文描述的本發(fā)明的各種實(shí)施例可沿各種取向(例如傾斜、顛倒、水平、豎直等等)和各種構(gòu)造而被利用，而不背離本發(fā)明的原理。這些實(shí)施例僅僅作為本發(fā)明的原理的有用的應(yīng)用來(lái)描述，并不局限于這些實(shí)施例的任何特定的細(xì)節(jié)。
[0046]在以上描述的本發(fā)明的代表性的實(shí)施例中，在參照附圖時(shí)為方便起見使用了方向術(shù)語(yǔ)，例如“之上”、“之下”、“上部”、“下部”等等。大致上，“之上”、“上部”、“向上”以及相似的術(shù)語(yǔ)指的是從地表向上的豎直方向，而“之下”、“下部”、“向下”以及相似的術(shù)語(yǔ)指的是
豎直向下方向。
[0047]當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在仔細(xì)考慮以上本發(fā)明的代表性的實(shí)施例的描述時(shí)，將容易理解具體實(shí)施例可進(jìn)行許多更改、增加、替代、刪除和其它改變，而且這樣的改變被本發(fā)明的原理所預(yù)期。因此，前述的詳細(xì)描述應(yīng)清楚地理解為僅作為說(shuō)明和示例給出，本發(fā)明的精神和范圍僅僅由隨附權(quán)利要求書以及它們的等同物限制。
【權(quán)利要求】
1.一種旋轉(zhuǎn)控制裝置，包括: 被可旋轉(zhuǎn)地安裝的密封件，其密封地接合鉆柱；以及 抓握機(jī)構(gòu)，其抓握所述鉆柱，由此迫使所述密封件隨所述鉆柱旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其中，所述抓握機(jī)構(gòu)包括抓握所述鉆柱的夾爪。
3.如權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其中，所述夾爪被偏置而接觸所述鉆柱。
4.如權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其中，所述夾爪能夠相對(duì)于所述鉆柱被徑向地移位。
5.如權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其中，所述夾爪圍繞相對(duì)于所述鉆柱為橫向的軸線樞轉(zhuǎn)。
6.如權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其中，所述夾爪圍繞平行于所述鉆柱的縱向軸線的軸線樞轉(zhuǎn)。
7.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其中，所述鉆柱相對(duì)于所述抓握機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)引起由所述抓握機(jī)構(gòu)施加的抓握力增大。
8.—種鉆探方法,包括: 在旋轉(zhuǎn)控制裝置中定位鉆柱； 利用所述旋轉(zhuǎn)控制裝置的抓握機(jī)構(gòu)來(lái)抓握所述鉆柱；以及 使所述鉆柱旋轉(zhuǎn)，所述抓握機(jī)構(gòu)與所述鉆柱之間的抓握接合引起所述旋轉(zhuǎn)控制裝置的密封件與所述鉆柱一起旋轉(zhuǎn)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，使所述鉆柱旋轉(zhuǎn)還包括當(dāng)所述鉆柱相對(duì)于所述抓握機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)，增大由所述抓握機(jī)構(gòu)施加的抓握力。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，抓握所述鉆柱還包括使所述抓握機(jī)構(gòu)的夾爪與所述鉆柱接合。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，使所述夾爪接合還包括使所述夾爪旋轉(zhuǎn)。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括隨著所述鉆柱的直徑增大段通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)控制裝置移位，使所述夾爪相對(duì)于所述鉆柱徑向向外地移位。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括使所述抓握機(jī)構(gòu)附接到所述旋轉(zhuǎn)控制裝置的工作筒，所述工作筒相對(duì)于所述密封件被固定。
14.一種井系統(tǒng),包括: 鉆柱；以及 旋轉(zhuǎn)控制裝置，包括密封地接合所述鉆柱的密封件和抓握地接合所述鉆柱的抓握機(jī)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求14所述的井系統(tǒng)，還包括使所述鉆柱旋轉(zhuǎn)的頂驅(qū)。
16.如權(quán)利要求14所述的井系統(tǒng)，其中，所述抓握機(jī)構(gòu)迫使所述密封件隨所述鉆柱旋轉(zhuǎn)。
17.如權(quán)利要求14所述的井系統(tǒng)，其中，所述抓握機(jī)構(gòu)包括抓握所述鉆柱的夾爪。
18.如權(quán)利要求17所述的井系統(tǒng)，其中，所述夾爪被偏置而接觸所述鉆柱。
19.如權(quán)利要求17所述的井系統(tǒng)，其中，所述夾爪相對(duì)于所述鉆柱被徑向地移位。
20.如權(quán)利要求17所述的井系統(tǒng)，其中，所述夾爪樞轉(zhuǎn)而抓握接合所述鉆柱。
21.如權(quán)利要求14所述的井系統(tǒng)，其中，所述鉆柱相對(duì)于所述抓握機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)引起由所述抓握機(jī)構(gòu)施加的抓握力增大。
【文檔編號(hào)】E21B19/16GK103459754SQ201180069652
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2011年4月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月6日
【發(fā)明者】弗雷德里克·D·柯蒂斯, 肖恩·A·阿萊 申請(qǐng)人:哈利伯頓能源服務(wù)公司