專利名稱：管子操縱裝置和鉆井機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種改進的管子操縱裝置，用以在基本上水平的傳遞站與第二傳遞站，例如基本上垂直的第二傳遞站，之間移動管子。該裝置包括一個基座和一個吊桿，該吊桿相對于基座在下降位置與提升位置之間由轉架旋轉驅動裝置在吊桿旋轉方向繞水平的吊桿旋轉軸線是可旋轉的。此外，該裝置包括一個可旋轉地安裝到吊桿上并適合于抓取管子的抓手裝置，該鉆取器由一個抓手裝置旋轉驅動裝置在抓手裝置旋轉方向繞抓手裝置旋轉軸線是可旋轉的。
從權利要求1的前言所基于的GB 2 080 857已知一種管子操縱裝置，用以在水平位置和垂直位置之間提升和降低鉆井機中的管子，在該水平位置運輸管子并儲存在架子上，在該垂直位置將管子對準鉆井機結構和由所述鉆井機操縱的鉆具組。在此已知的裝置中，由兩個可旋轉地安裝的卡頭抓取管子，該卡頭可繞平行于吊桿的旋轉軸線旋轉。該卡頭在側裝載位置之間是可旋轉的，以便利于水平位置和中央位置的裝載與卸載，其中當?shù)鯒U處在垂直隊位置時，夾住的管子對準鉆孔軸線或鉆井機的石油運輸工地。該卡頭被液壓缸旋轉，該液壓缸可以由液壓順序回路自動地操縱進入側裝載位置，不論什么時候吊桿與卡頭中的管子一起樞轉。吊桿在平行于鉆塔的垂直位置與水平位置之間是可由吊桿缸樞轉的。
從GB 2 080 857已知的裝置是不滿意的。因此本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的操縱管子的裝置。
通過提供根據(jù)權利要求1的前言的操縱管子的裝置本發(fā)明實現(xiàn)此目的，其中抓手裝置旋轉軸線平行于并與水平吊桿旋轉軸線隔開同時抓手裝置旋轉裝置提供一個與吊桿旋轉方向相反的抓手裝置的旋轉方向。
使用本發(fā)明的裝置可以從儲存架等上抓起一根水平方位的管子同時以一種“組合的運動”送到第二傳遞站，例如處在基本上垂直的在提升水平的位置，或者反過來。
為便于在吊桿降低的位置裝載和卸載，于是抓手裝置最好位于吊桿的下面。當?shù)鯒U朝向一個垂直的位置提升時抓手裝置以對于吊桿旋轉方向的逆時針方向被轉到吊桿的另一側該管子操縱裝置可用于地面基地的(鉆孔)應用，但也可用于離岸應用(鉆孔和海上管子鋪設)，例如，其中該裝置放在鉆孔或管子鋪設船只上或者可能是離岸鉆井機上(諸如，海上鉆井平臺)。
該裝置允許攜帶管子到第二傳遞站，該傳遞站可以具有垂直的或接近垂直的方位，但是也可以是傾斜的方位(例如用于傾斜鉆井操作)。在第二傳遞站從抓手裝置釋放管子并傳送到另一臺裝備。例如，將管子傳送到一臺對準裝置以便將管子與在鉆井機的鉆孔軸線上的鉆具對準。在第二傳遞站管子可以是垂直的方位，最好與水平成至少45°角，更好至少55°度角，例如對于傾斜鉆孔。
在實際情況中，基本上水平的傳遞站是管子儲存站而第二傳遞站是鉆井機構、管子鋪設系統(tǒng)結構、升降設備等的一個。該升降設備可以與另一結構組合，諸如構成鉆井機的一部分，用以從第二傳遞站將管子傳遞到與鉆井機的輸油工地(鉆具)對準的位置。也可能垂直地儲存管子并依次地將它們提升到水平的傳送位置，例如當管子垂直地儲存在半潛水船的結構時。
能夠以根據(jù)本發(fā)明的管子操作裝置來處理的管子可以是任何型式的管子油井和水井管子和桿件，鉆井管子，鉆頭套圈，套管，生產(chǎn)管子，吸引器桿件，泵排水管，測井工具，底孔組件，管線接頭等等。
可以在較高速度下操作管子操縱裝置，例如，以便最大化鉆井工作的效率。
根據(jù)本發(fā)明的這種裝置的一個優(yōu)點是，由于其穩(wěn)定的結構和管子的預確定軌跡，可以將該裝置設計得很安全。
在一個優(yōu)選實施例中，當?shù)鯒U旋轉與抓手裝置旋轉基本上同時發(fā)生時，裝置可以工作得很快。因此，吊桿旋轉驅動裝置和抓手裝置旋轉驅動裝置適合于同時操作。在吊桿從降低位置到提升位置的旋轉方向與抓手裝置旋轉方向上同時移動管子。
在一個優(yōu)選實施例中，該鉆井包括二個最好平行的桿，在該二桿之間抓手裝置和抓取的管子可以通過。最好是，在兩桿遠離基座的末端處設置交叉桿。因此產(chǎn)生的U型吊桿結構提供很穩(wěn)定的構造。但是，轉架也可以是，例如，一個單一的桿或A框架。
在一個優(yōu)選實施例中，抓手裝置旋轉驅動裝置包括一個設置在基座與抓手裝置之間的并連接到吊桿的運動連桿組件。吊桿旋轉驅動裝置需要至少一個致動裝置，但是為驅動抓手裝置旋轉就不需要另外的液壓或電子驅動裝置。因此，僅需要一個吊桿致動裝置以執(zhí)行吊桿和抓手裝置二者的運動，這就降低維修與損壞的危險。
最好是，吊桿旋轉驅動裝置包括一或幾個液壓致動缸。作為一種選擇，吊桿旋轉驅動裝置可以包括一個鉸盤和纜繩，一個液壓旋轉致動器等。
在一個優(yōu)選實旋例中，抓手裝置驅動裝置包括至少一根沿吊桿延伸，與基座一端和抓手裝置另一端相連接的桿，抓手裝置的旋轉驅動裝置還包括連接吊桿與桿件以及抓手裝置的連接桿構件，可能通過一個抓手裝置連桿構件將連桿構件連接到抓手裝置。
最好是，連桿構件是一塊板，而最好是，抓手裝置連接構件是一根桿。
在另一優(yōu)選實施例中，吊桿旋轉驅動裝置包括一個基座連桿構件，它可樞轉地連接到基座以及遠離吊桿旋轉軸線的吊桿的一部分，同時其中在基座與基座連桿構件之間設置一或多個致動器。這就能使吊桿旋轉驅動裝置的幾何形狀的優(yōu)化設計，特別從裝置的尺寸的觀點來看，它具有其對裝置運輸能力的影響。連桿構件的另一優(yōu)點是優(yōu)化作用到裝置上的載荷。
在另一個可以容易地運輸管子操縱裝置優(yōu)化實施例中對于ISO貨運箱的尺寸是可伸縮的，最好是40英尺的箱子。方便的是，作為ISO貨運箱的一部分設計管子操縱裝置的基座并具有ISO貨運箱用的配件。最好是，管子操縱裝置的箱子以與另一個ISO貨運箱聯(lián)接，最好是一個40英尺的箱子以構成完全的平臺。
最好是，吊桿是可伸縮的以及抓手裝置旋轉驅動裝置的桿是可伸縮的，以便于運輸和在工地上安裝與拆卸。
本發(fā)明還涉及鉆井設備，它包括一個鉆井機構和一個相關的管子傳遞站，該站設置一個吊起裝置用以提升和降低一系列互連的管子，并設置管子儲存站和一個基本上水平的管子傳遞站，該鉆進機還設置一臺管子操縱裝置。
本發(fā)明還涉及水下管道鋪設系統(tǒng)，它包括管子鋪設塔和相關的管子傳遞站，該站設置管子儲存站，該水下管子鋪設系統(tǒng)還設置管子操縱裝置用以在儲存裝置與塔之間移動管子、通用管接頭。
此外，本發(fā)明涉及一種用以在基本上水平的傳遞站和第二(可能基本上垂直方位的)傳遞站之間操縱管子的方法。該方法包括以下步驟用抓手裝置抓取管子，該抓手裝置可旋轉地安裝到吊桿上；相對于基座下降位置與提升位置之間繞水平的吊桿旋轉軸線旋轉吊桿；同時繞水平的抓手裝置旋轉軸線旋轉抓手裝置，其特征在于該抓手裝置旋轉軸線平行且與水平吊桿旋轉軸線隔開，還在于抓手裝置的旋轉方向與吊桿的旋轉方向相反。此方法，例如，可以是鉆井工作或管道鋪設工作的一部分。
通過結合附圖參考以下詳細描述將最好地理解本發(fā)明。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明的管子操縱裝置，以管子處在水平的第一傳遞站，圖2表示圖1的管子操縱裝置，以管子處在垂直的第二傳遞站，圖3表示抓手裝置旋轉驅動裝置的放大視圖，圖4表示根據(jù)本發(fā)明的管子操縱裝置的透視圖，以管子靠近水平的第一傳遞站，圖5表示根據(jù)本發(fā)明的管子操縱裝置的透視圖，以管子處于水平的第一傳遞站與垂直的第二傳遞站之間，圖6表示根據(jù)本發(fā)明的管子操縱裝置的透視圖，以管子靠近垂直的第二傳遞站，圖7表示處于箱子中的根據(jù)本發(fā)明的管子操縱裝置。
在圖1中表示根據(jù)本發(fā)明的管子操縱裝置的一個例子。
還是圖1所示的是一根管子2座落在管子儲存站20(構成一個水平的第一傳遞站)上的水平傳遞位置，該站的支撐框架件46在圖1、2和3中是可見的。
該裝置1基本上包括基座3、吊桿4、和用于管子2的抓手裝置7。
該吊桿4相對于基座3繞下降位置(如圖1所示)和提升位置(如圖2所示)之間的吊桿旋轉軸線6是可旋轉的。如圖示此處吊桿在下降位置中基本上是水平的并旋轉到接近垂直的位置。
從圖4-6很清楚，在此例中吊桿4包括兩根平行的桿4a和4b，當旋轉架4時抓手裝置7和抓取的管子2可以在該兩桿這間通過。為了穩(wěn)定性在兩平行桿4a和4b遠離基座部分36的兩端處設置交叉桿12。
抓手裝置7可旋轉地安裝在吊桿4上并適合用于抓取管子2。該抓手裝置7可以包括任何合適的抓取裝置用于松開和可靠地夾持管子2。在此例子中該抓手裝置7包括安裝在抓手裝置7的框架7b上的兩個分開的夾緊裝置7a，該抓手裝置框懸 在吊桿4上，最好接近其末端。
此處抓手裝置框架7b是一個窄長的框架，具有在要抓取的管子2的方向的縱軸線。
在所示的實施例中，基座3包括一個具有ISO貨運箱角配件3a的平的床基座部分3d，最好設計成類似于40英尺的箱子。設計兩個平行基座部分3b用以樞轉地連接并支撐吊桿4的下端的桿4a、b。如以下將解釋的，基座部分3c適于支撐吊桿旋轉驅動裝置。
吊桿4在圖1所示的下降位置與圖2所示的提升位置之間可由吊桿旋轉驅動裝置5a、5b和5c在吊桿旋轉方向10繞水平吊桿旋轉軸線6樞轉。
此處吊桿旋轉驅動裝置5a-5c包括兩個液壓致動缸5a(該缸的一個示于圖1和2中)，該缸在一端連接到基座部分3c并且可樞轉地在另一端連接到基座連桿構件5b?；B桿構件定位在二支撐件3b之間，同時繞旋轉軸線5d可樞轉地連接到基座部分3b。此旋轉軸線5d與缸5a的樞轉安裝件隔開。
同樣基座連桿5b可樞轉地連接到桿5c，該桿可樞轉地連接到遠離吊桿旋轉軸線6的吊桿4的一部分。
抓手裝置7可以由抓手裝置旋轉驅動裝置9a-9e在抓手裝置旋轉方向11繞抓手裝置旋轉軸線8旋轉。此方向11與吊桿旋轉方向10相反。
示例抓手裝置旋轉驅動裝置9a-9e的一部分示于圖3中的放大視圖。
在此例中，如優(yōu)選的，抓手裝置旋轉驅動裝置9a-9e包括設置在基座部分3b與抓手裝置7之間的運動連桿組件并連接到吊桿4。由于存在這種運動連桿就不需要用以使抓手裝置7旋轉的特定動力的致動器(諸如液壓的或電動的致動器)。事實上吊桿4是驅動部分而抓起器是“從動件”，其中抓手裝置運動由運動連桿的設計引起。這是很安全與可靠的，因為連桿可以設計得堅固和可靠的。所以可以避免以下問題，即當?shù)鯒U旋轉驅動裝置被致動時抓手裝置旋轉的動力致動器損壞或失效，這可能，例如，導致另一結構的管子振動(諸如鉆井機或管子鋪設結構)。
該運動連桿組件，在此例中，包括兩根桿件9a(該桿的一根在圖1-3中表示)，每一根沿吊桿4的桿4a、4b延伸。
每根桿9a以其一端9d可樞轉地連接到對應的基座部分3b同時—如在圖3中可以清楚地見到的——以其另一端9e樞轉地連接到桿連接構件9b。該桿連接構件9b，此處設計成板，可樞轉地通過旋轉軸9f連接到吊桿4，該旋轉軸平行于樞轉軸8。
還在此例中抓手裝置連桿構件9c，此處實施成一根桿件9c，通過樞轉軸9h樞轉地連接到遠離軸8的抓手裝置框架7b上。此外，連接構件9c通過樞轉軸9i樞轉地連接到連接構件9b?？梢栽O想免去此構件9c而通過窄槽銷連接將桿連接構件成9b直接連接到框架7b。
在所示吊桿旋轉驅動裝置5a-5c和抓手裝置旋轉驅動裝置9a——9e的設計中抓手裝置旋轉軸8平行于且與水平的吊桿旋轉軸6隔開。抓手裝置旋轉方向11與吊桿旋轉方向10相反。
在圖4-6的透視圖中表示本發(fā)明的管子操縱裝置1的工作。此處，該管子操縱裝置1在水平的管子儲存站20與垂直鉆井機結構30之間移動管子2。
在這些圖4-6中還表示用以提升和下降管子2的傳統(tǒng)傾斜的導向滑軌40。此滑軌40在儲存站20與鉆井機結構的平臺31之間延伸。如可以見到的此滑軌40在吊桿4的桿件4a和4b之間通過。
從圖4-6的此透視圖，很清楚，有兩個液壓的吊桿旋轉驅動缸5a，以及抓手裝置旋轉驅動裝置的兩根桿9a。還有，基座零件3b和3c對稱地設計在基座板3d上。
吊桿的桿件4a、b和抓手裝置旋轉驅動裝置9a-9e的桿件9a是可伸縮的?？梢栽O置一個特殊的驅動裝置以引起伸縮運動，但此處可以設想，例如，使用一滾輪以延長或縮短吊桿和桿件。
此處，基座3設計成具有ISO貨運箱角配件3a的ISO貨運箱的一部分。
由于吊桿4和桿件9a是可伸縮的整個裝置可以被減小到一個ISO貨運箱50的尺寸，最好一個40英尺的箱子，如圖7所示。這種箱子50可以容易地被運輸并容易地與另一個ISO貨運箱聯(lián)接?？梢栽O想鉆井機結構30設置ISO角配件，可以將裝置1的ISO角配件連接到該ISO角配件上。
權利要求
1.用以在基本上水平的第一傳遞站和第二傳遞站之間移動管子的管子操縱裝置，包括基座，吊桿，可相對于基座在下降位置和提升位置之間由吊桿旋轉驅動裝置在吊桿旋轉方向繞水平的吊桿旋轉軸線旋轉；抓手裝置，可旋轉地安裝到吊桿上并適合于抓取管子，該抓手裝置是由抓手裝置旋轉驅動裝置在抓手裝置旋轉方向繞抓手裝置旋轉軸線可旋轉的，其特征在于抓手裝置旋轉軸線平行于并與水平的吊桿旋轉軸線隔開，還在于抓手裝置旋轉驅動裝置提供與吊桿旋轉方向相反的抓手裝置旋轉方向。
2.根據(jù)權利要求1的管子操縱裝置，其中吊桿旋轉驅動裝置和抓手裝置旋轉驅動裝置適合于同時工作，這樣在吊桿旋轉方向從下面的位置到提升位置并在抓手裝置旋轉方向移動管子。
3.根據(jù)權利要求1的管子操縱裝置，其中吊桿包括兩根桿件，在吊桿旋轉時抓手裝置和抓取的管子在該兩根桿件之間通過。
4.根據(jù)權利要求3的管子操縱裝置，其中在兩桿件遠離基座的末端設置交叉桿。
5.根據(jù)權利要求1的管子操縱裝置，其中抓手裝置旋轉驅動裝置包括設置在基座與抓手裝置之間并連接到吊桿的運動連桿組件。
6.根據(jù)權利要求1的管子操縱裝置，其中抓手裝置旋轉驅動裝置包括至少一根桿，沿轉架延伸，將一端連接到基座并將另一端連接到抓手裝置。
7.根據(jù)權利要求6的管子操縱裝置，其中抓手裝置旋轉驅動裝置還包括一桿連接構件，連接吊桿、桿和抓手裝置，可能通過一個抓手裝置連接構件，將桿連接構件連接到抓手裝置。
8.根據(jù)權利要求7的管子操縱裝置，其中桿連接構件是一塊板。
9.根據(jù)權利要求7的管子操縱裝置，其中抓手裝置連接構件是一根桿件。
10.根據(jù)權利要求1的管了操縱裝置，其中吊桿旋轉驅動裝置包括一或多個液壓致動缸。
11.根據(jù)權利要求1的管子操縱裝置，其中吊桿旋轉驅動裝置包括一個基座連接構件，該構件可樞轉地連接到基座并可能通過置于其間的可樞轉桿連接到遠離基座的吊桿的一部分，其中一個或多個致動器設置在基座和基座連接構件之間。
12.根據(jù)權利要求1的管子操縱裝置，基中吊桿是可伸縮的。
13.根據(jù)權利要求4-9的一或幾款的管子操縱裝置，其中抓手裝置旋轉驅動裝置的桿件是可伸縮的。
14.根據(jù)權利要求1的管子操縱裝置，其中基座被設計成ISO貨運箱的一部分，并最好具有ISO貨運箱的角配件。
15.根據(jù)權利要求1的管子操縱裝置，對于ISO貨運箱的尺寸，最好是40英尺箱子，該裝置是可伸縮的。
16.根據(jù)權利要求14或15的一或多款的管子操縱裝置，該裝置可與另一個ISO貨運箱最好是40英尺箱子聯(lián)接。
17.根據(jù)權利要求1的管子操縱裝置，其中基本上水平的第一傳遞站是管子儲存站。
18.根據(jù)權利要求1的管子操縱裝置，其中第二傳遞站是鉆井機結構、水下管子鋪設結構或起重機的一部分。
19.根據(jù)權利要求1的管子操縱裝置，其中管子是油井或水井管子或桿，鉆井管子，鉆套，套管，生產(chǎn)管道，吸引器桿，泵排水管，鉆井記錄工具或底孔組件或管線接頭。
20.鉆井機，包括鉆井結構和一個與所述鉆井機結構相關的管子傳遞站，設置一起吊裝置用以提升和降低一系列互連的管子，并設置一個管子儲存站和一個基本上水平的管子傳遞站，該鉆井機還設置根據(jù)前述權利要求的一或幾款的管子操縱裝置。
21.水下管子鋪設系統(tǒng)，包括管子鋪設塔和與所述塔相關的管子傳遞站，該系統(tǒng)還設置管子儲存站和基本上水平的管子傳遞站，該水下管子鋪設系統(tǒng)還設置根據(jù)前述權利要求一或多款的管子操縱裝置。
22.在基本上水平的第一傳遞站與第二傳遞站之間操縱管子的方法，其中使用根據(jù)前述權利要求的一或多款的管子操縱裝置，包括當所述管子處在一個傳遞站時，用抓手裝置抓取管子，相對于基座在下降的位置與提升的位置之間繞水平的吊桿旋轉軸線旋轉吊桿，同時繞抓手裝置旋轉軸線旋轉抓起器，因此管子到達另一個傳遞站。
23.根據(jù)權利要求22的操縱管子方法，其中抓手裝置的旋轉與吊桿的旋轉同時出現(xiàn)。
24.根據(jù)權利要求22-23任意一款的操縱管子的方法，作為鉆井工作的一部分。
25.根據(jù)權利要求22-23任意一款的操縱管子的方法，作為鋪設管子的一部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種管子操縱裝置，用以在基本上水平的傳遞站和第二站之間移動管子。該裝置包括一個基座和一個吊桿，該吊桿由吊桿旋轉驅動裝置在吊桿旋轉方向繞水平吊桿旋轉軸相對于基座在下降位置與提升位置之間是可旋轉的。此外，該裝置包括可旋轉地安裝到吊桿并適合于抓取管子的抓手裝置，該抓手裝置由一個抓手裝置旋轉驅動裝置在抓手裝置的旋轉方向繞抓手裝置旋轉軸線是可旋轉的。根據(jù)本發(fā)明，該抓手裝置的旋轉軸線平行于并與水平的吊桿旋轉軸線隔開同時其中該抓手裝置旋轉驅動裝置提供與吊桿旋轉方向相反的抓手裝置的旋轉方向。
文檔編號F16L1/19GK101040100SQ200480044173
公開日2007年9月19日 申請日期2004年10月7日 優(yōu)先權日2004年10月7日
發(fā)明者J·洛普斯, J·F·范里恩, M·C·克盧斯特博爾 申請人:伊特雷科公司