钻杆变换器组件 技术背景
根据U.S.C.§119(e)，条款35，本申请享受美国临时申请系列号No.60/024,695的权利。
本发明整体涉及钻架，尤其涉及钻架上的旋转式传送带类型的钻杆变换器。在钻探操作中，有时候必须改变钻杆长度和/或钻杆直径。为实现这些变换，现有技术中钻架需要操作员切割下或取下许多单独部件，并在其位置上安装新部件，这是一个复杂和费时的过程。并且，为使得操作员能够把钻杆移入和移出存储传送带，必须利用液压或电力装置来独立操纵一个门，这个要求增加了必需的钻杆变换器部件的数目和复杂性。
前述阐明了现有钻杆变换器存在的局限性。因此，提供一种直接克服前述提出的一个或多个局限性的可供选择的方法，很显然是有益的。据此，提出了一种合适的方法，其更全面的特征参见下文。
发明概述
本发明的一个方面是，通过为钻架提供一个钻杆变换器组件作为附着装置来达到目的；所述组件包括：一根带有一纵轴并终止于上、下端的细长支撑轴；将所述支撑轴附着于钻架并围绕所述纵轴旋转的装置；所述支撑轴上有一个上套管，位于所述支撑轴上端附近，用于容纳多个钻杆上端，所述上套管内有一个让钻杆上端通过地槽；所述支撑轴上有一个下套管，位于所述支撑轴下端附近，用于容纳多个钻杆下端，所述下套管有一个让钻杆下端通过的槽；所述支撑轴上带有钻杆间隔装置，用于以基本平行于所述支撑轴的位置来隔开所述上下杆套管内的多个钻杆；位于所述上杆套管附近的第一夹紧臂装置，用于从所述上杆套管中的备用位置同时将钻杆夹紧并移动至钻探操作时的使用位置；位于所述下杆套管附近的第二夹紧臂装置，用于从所述下杆套管中的备用位置同时将钻杆夹紧并移动至钻探操作时的使用位置；所述第一和第二夹紧臂装置互相配合，动作基本同步；将所述第一和第二夹紧臂装置附着于钻架的装置；及驱动所述支撑轴和所述第一、第二夹紧臂装置的装置。
结合附图参见下文对本发明的详细描述，可以了解上述及其他方面。
【附图说明】
图1是本发明的钻杆变换器组件的透视示意图；
图2是旋转至存储钻杆位置的本发明夹紧臂组件的顶视平面图；
图3是图2中夹紧臂组件的仰视平面图；
图4是图2沿4-4方向的视图；
图5是图2沿5-5方向的视图；
图6是图2沿6-6方向的视图；
图7是图2中夹紧臂组件的透视图；
图8是旋转至钻孔中心线上方位置的本发明夹紧臂组件的仰视平面图；
图9是图8沿9-9方向的视图；
图10是图8沿10-10方向的视图；
图11是图8沿11-11方向的视图；
图12是图8中夹紧臂组件的透视图；
图13是一个去除了一些部件、描述夹紧臂组件的示意图，在第一个位置上，夹紧臂保持钻杆于备用位置，第二个位置以双点划线绘出，描绘了钻杆从备用位置到位于钻孔中心线上的运动轨迹；
图14是本发明支撑轴顶端的正视图，带有上支撑梁、一个旋转促动器和一个上钻杆套管；
图15是图14沿15-15方向的横截面图；
图16是图14沿16-16方向的视图；
图17是图14沿17-17方向的视图；及
图18是用于本发明操作的示意性液压回路图。
详细描述
图1是本发明钻杆变换器组件1安装于传统钻架3上的透视示意图，钻架3以双点划线显示。杆变换器1包括一个具有纵轴7的细长支撑轴5。支撑轴5终止于上端9和下端11处。将支撑轴5附装于钻架3上的装置包括在凸缘15处如用螺栓固定于钻架3上的上支撑梁13。支撑梁13的第二端利用轴颈和支撑轴5的上端9相连。下支撑梁17以和上支撑梁13类似的方式固定于钻架3上。支撑梁17的另一端利用轴颈和支撑轴5的下端11相连。支撑轴5可围绕轴线7旋转。
上套管20在上端9附近和支撑轴5相连，其功能是容纳多个钻杆上端(图中未示)。上套管20由一个带有侧壁22的管状体组成，环绕并平行于轴线7延伸。套管20带有一个纵向延伸的槽24，用于钻杆端部的进出，如下文所述。套管20在下端26处敞开。
下套管30在下端11附近和支撑轴5相连，其功能是容纳多个钻杆下端(图中未示)。下套管30由一个带有侧壁32的管状体组成，环绕并平行于轴线7延伸。套管30带有一个纵向延伸的槽34，用于钻杆端部的进出，如下文所述。槽24和34在垂直方向互相对齐，以便允许钻杆通过。套管30在上端36处敞开，在支撑钻杆的下端38处封闭。
用于转动支撑轴5的液压促动器40与支撑轴5的上端9相连，靠近上套管20的上部42处。促动器40可为任何类型的传统设计。如图14-17所示，支撑轴5是一根中空的管子，其上端9终止于上套管20内的凸缘46处。中空管状连接器48在其一端50处焊入支撑轴5中。轴承54装于管状连接器48的另一端52的轴颈上，用以旋转。另一端52的内侧壁表面加工出花键，以容纳促动器40的旋转轴56上匹配的花键；促动器用螺栓固定于套管20上方的装配部件58上。支撑轴5可以由多段组成，每一段通过螺栓凸缘60和相邻段相连。支撑轴5下端11的轴颈以同样的方式可旋转地装于轴承中，但也可使用其他传统的旋转式连接方式。
上夹紧臂组件70位于上套管20附近，在凸缘72处固定于钻架3上。下夹紧臂组件74位于下套管30附近，在凸缘76处固定于钻架3上。夹紧臂组件70和74是相同的，说明其中任何一个即可。
参考图2-7，上夹紧臂组件70包括一个和凸缘72如通过焊接相连的固定支撑架80。臂82的第一端84可枢转地在枢轴销86处和架80相连接。第一夹钳88与臂82的第二端90相连。正如熟知的那样，夹钳88带有用于夹紧钻杆的可拆卸磨损垫92。如下所述，第一夹钳88和臂82形成一个单一结构，动作一致，两者间没有任何相对运动。
支撑架80是将两块空间分立的金属板94通过一块横金属板95焊接在一起而形成的。臂82是由两块分立的板93和一横板97形成的(图7)。臂82可在金属板94之间运动。第一液压促动器96在杆98处利用枢轴销100可枢转地与架80上的翼片97相连(图3)。缸筒102用枢轴销104可枢转地与臂82连接。促动器96置于金属板94外侧(图6)。
第二夹钳106利用枢轴销108可枢转地与第一夹钳88连接。正如熟知的那样，夹钳106带有用于夹紧钻杆的可拆卸磨损垫92。第二液压促动器110在杆112处利用枢轴销114可枢转地与第二夹钳106相连。缸筒116用枢轴销117可枢转地与第二臂82连接。促动器110置于金属板93之间(图6)。
因此可以看出，臂82、第一夹钳88和第二夹钳106响应第一促动器96而在第一位置和第二位置间移动；第一位置位于所钻孔中心线118上(图8,13)，这儿称作钻杆使用位置；第二位置远离所钻孔中心线(图1,2和13)，这儿称作钻杆备用位置。还可看出，第二夹钳106响应第二促动器110而在钻杆夹紧位置和钻杆松开位置间移动。
图1显示了一般称为旋转式钻杆传送带的钻杆间隔装置120，包括一对安装于支撑轴5上的垂直于轴线7的环状凸缘122。每个凸缘分别位于每个钻杆套管20,30附近。每个凸缘包括多个空间分立的链轮齿124，在每对链轮齿124间形成一个凹口126用于容纳钻杆，正如熟知的那样。我们推荐使用一对凸缘122，但少一些或多一些也可以。
图2,7,8,12和13描述了滑动门部件130，其功能是：当夹紧臂位于钻杆备用位置时，保持钻杆位于套管20,30及钻杆间隔的凹口126内；并当夹紧臂退回钻杆备用位置时，允许钻杆保持在所钻孔中心线118上方。门部件130包括一块细长金属板，其第一端132用枢轴销134可枢转地连接于架80上。第二端136响应臂82的运动，通过安装于臂82上的导杆138滑动。这样，在第一位置即钻杆备用位置，门130通过导杆138滑动伸展至一个阻止钻杆移出套管20,30上槽口24,34的位置，如图13实线所示。在第二位置即钻杆使用位置，在钻杆置于所钻孔中心线118上后，门130可通过导杆138滑回至一个位置，以便允许夹紧臂组件70,74旋转回钻杆备用位置，如图13双点划线所示。端部136的一侧是弓形的，以便当旋转式传送带120旋转并将一根新钻杆定位于套管20,30的槽口24,34附近时，可以引导钻杆进入相对于夹钳88,106的正确位置。
本发明的钻杆变换器组件可调整为使用不同长度和直径的钻杆。对于改变钻杆长度，支撑轴5可以通过增加(或去除，分别)在凸缘60连接的中间段来加长(或截短)。每个独立子组件，即支撑梁13,17和夹紧臂组件70,74，都作为单个模块单元提供，这样可以很容易地从钻架上卸下并垂向重新定位以适应新的钻杆长度。同时，如果钻机只需添加单根钻杆时，可以去除旋转式传送带120，并可用适合容纳单根钻杆的小套管来代替大套管20,30。不同直径的钻杆可以通过改变磨损垫92来适应，如果需要，还可改变钻杆间隔120。