基于重量的联锁设备和方法技术

描述了一种基于重量的管件联锁设备，该设备适于确定管件是否由基于钻机的起重装置或辅助夹持装置以接合方式夹持。该联锁系统适于测量夹持机构中的至少一个上的管件负载并适于将该管件负载与预定负载进行比较以确定该至少一个夹持机构是否正夹持管件。该夹持机构适于仅当管件负载满足预定负载时才释放管件，在管件负载满足预定负载时，就相对于夹持机构将足以将管件从夹持机构释放的释放力施加到管件。还描述了使用联锁设备的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于重量的联锁设备和方法
本专利技术涉及一种用于确保管件接头或管柱由基于钻机的起重装置和夹持装置中的至少一个夹持的设备和方法。更具体地，本专利技术涉及一种联锁系统，所述联锁系统仅在夹持机构上的管件负载满足基于重量的预定负载时并仅在施加释放力之后释放管件接头或管柱。
技术介绍
在套管下送或上扣/卸扣操作(makeup/breakout)期间，顶驱和钻机平台装置必须一前一后地工作以确保安全的套管下送，即，在套管组装或拆卸期间的任何给定时间，顶驱和钻机平台装置中的至少一个必须接合并夹持管件和管柱。通常，位于钻机平台上的操作员通过用手插入或移除卡瓦或利用控制到卡瓦的流体动力的手动操作杠杆来控制顶驱和平台装置，所述卡瓦促使顶驱和平台装置保持管件。在任何给定的时间，操作员能够由于执行错误操作(即，移动错误的杠杆或不正确地读取控制、夹持装置的不正确安装等)而意外地使管件掉下。能够在钻井操作中导致重大损害和延迟。尝试通过使用附加的联锁系统(参见例如，美国专利6,742,596；7,073,598；和美国公布2008/0264648)来提高安全性方面，但是由于诸如来自不正确地保持管件的重量的常规联锁系统或卡齿的不准确信号的一种或多种原因，这些尝试是有缺陷的。因此，存在对适于与顶驱和平台装置一起使用以防止管件的意外释放的联锁系统的需要。因此，存在对防止顶驱和平台装置在管件或管柱未被夹持时脱开管件或管柱的联锁系统的需要。
技术实现思路
本专利技术涉及一种基于重量的管件联锁设备，该设备适于确定管件是否由基于钻机的起重装置或夹持装置以接合方式夹持。该设备包括：夹持机构，该夹持机构与起重装置或钻机平台装置以可操作方式相联，该夹持机构适于夹持管件从而支撑其重量；以可操作方式连接到所述夹持机构的联锁系统，该联锁系统适于测量夹持机构上的实际管件负载并将管件负载与预定负载进行比较以确定夹持机构是否正夹持管件。夹持机构适于仅在实际管件负载减小到预定负载以下时释放管件。优选地，该设备因此进一步适于施加足以将管件从夹持机构释放的释放力。在一个实施例中，该释放力相对于夹持机构能够为至少大致，并且更优选地完全在管件的轴向上。在一个实施例中，释放力至少大致，并且选地完全与管件负载相反。在一个实施例中，该设备还包括至少一个平衡机构，诸如平衡缸，该平衡机构适于提供管件相对于基于钻机的起重装置的渐增移动，该渐增移动优选是至少大致轴向的，并且更优选是完全轴向的。优选地，该至少一个平衡机构或缸包括液压缸。该至少一个平衡缸能够提供释放力或释放力的一部分。然而，优选地，平衡缸测量管件负载以看一至五个管件是否被夹持，或如果整个管柱被夹持，则测量被夹持的管件负载的存在，或通过缸的位置间接地测量管件负载的存在。在另一个实施例中，控制器测量实际负载并计算足够的释放力。该释放力小于释放实际负载所需的力，但是足以释放预定负载。一般地，当至少第二夹持机构以接合方式夹持管件并承载其实际负载的至少大部分时，满足预定负载的条件。当第一夹持机构与基于钻机的起重装置以可操作方式相联时，第二夹持机构优选与钻机平台装置以可操作方式相联。在示例性实施例中，联锁系统与夹持机构和第二夹持机构以电子方式相联，并且适于在释放夹持机构和第二夹持机构中的一个之前确认实际管件负载由夹持机构和第二夹持机构中的至少另一个以接合方式夹持。夹持机构上的实际负载可以完全是轴向负载。在另一个实施例中，当管件负载落入用以确认管件由第二夹持机构夹持的容许负载范围内时，管件负载满足预定负载。在最优选的实施例中，联锁系统与夹持机构一体地形成，使得不需要传感器和其它外部装置。还描述包括本专利技术的联锁设备的钻机。本专利技术进一步涉及一种确保管件由基于钻机的起重装置或夹持装置以接合方式夹持的方法。该方法包括：利用与(例如，在CRT和/或钻机平台装置中的)基于钻机的起重装置以可操作方式相联的夹持机构来夹持管件，所述夹持机构适于夹持管件从而支撑其重量；测量夹持机构上的实际管件负载；将管件负载与预定负载进行比较；如果有效管件负载不大于预定负载，则释放夹持机构对管件的接合夹持。在一个实施例中，该方法进一步包括：相对于夹持机构向施加到管件释放力。在另一个实施例中，负载是轴向负载。在又一实施例中，释放力可以包括轴向分量。优选地，该方法包括：计算释放实际负载所需的释放力。该方法通常包括：将释放力设定成小于释放实际负载所需的力。在一个实施例中，将释放力设定成释放实际负载所需的力的约5％至约60％，使得能够在负载充分地下降时施加释放力以从夹持机构释放管件。能够以多种不同的方式施加释放力。例如，将释放力在向下方向(即，与管件负载相反)施加到管件，在向下方向上施加到夹持机构(优选地同时将管件固定在适当的位置)，或两者。一般地，第二夹持机构充分地夹持管件，使得夹持机构上的负载不大于预定负载。夹持机构上的负载可以通过任何适当的方法来测量。例如，能够通过以可操作方式连接到夹持机构的负载传感器、至少一个平衡缸的位置、至少一个平衡缸上的测量的或计算的力或其任何组合来测量夹持机构上的负载。本专利技术进一步涉及一种禁止或防止在钻机的操作期间管件的非期望的释放的方法。该方法包括：利用与基于钻机的起重装置以可操作方式相联的第一夹持机构来夹持管件；测量第一夹持机构上的实际负载；计算释放实际负载所需的力；将释放力设定成小于释放实际负载所需的力；以及相对于夹持机构将释放力施加到管件，不释放负载，除非第二夹持机构充分地夹持负载。优选地，第二夹持机构与钻机平台装置以可操作方式相联，并且当夹持管件负载时，该第二夹持机构减小所述第一夹持机构上的负载，使得能够施加释放力以将管件从第一夹持机构释放。在一个实施例中，将释放力设定成释放实际负载所需的力的约10％至约90％，使得能够在负载充分地下降时施加释放力以从第一夹持机构释放管件。通常，将释放力在向上方向上施加到管件，在向下方向上施加到夹持机构，或两者。在另一个实施例中，释放力可以是径向向内或向外的，优选地与管件负载的方向相反。在一个实施例中，该方法进一步包括：利用第二夹持机构充分地夹持管件，使得第一夹持机构上的负载不大于预定负载。最后，本专利技术涉及一种钻凿设备，该钻凿设备包括：基于钻机的起重装置，第一夹持机构与该基于钻机的起重装置以可操作方式相联；与钻机平台以可操作方式相联的第二夹持机构；以及联锁系统，该联锁系统与第一夹持机构和第二夹持机构一体地形成，该联锁系统适于在释放第一夹持机构和第二夹持机构中的一个之前确认管件的实际负载由第一夹持机构和第二夹持机构中的至少另一个以接合方式夹持。第一夹持机构和第二夹持机构适于仅当实际负载满足预定负载时才释放管件，在负载满足预定负载时，相对于夹持机构将足以将管件从第一夹持机构或第二夹持机构释放的释放力施加到管件。在各种优选实施例中，释放力至少大致地或优选地完全轴向地施加；至少大致地或优选地完全径向地施加；或在包括径向分量和轴向分量两者的运动中以其组合方式施加。在一个实施例中，至少一个平衡缸测量第一夹持机构上的负载。在另一个实施例中，释放力小于释放实际负载所需的力，但是足以释放预定负载。本专利技术进一步包含一种通过如下步骤禁止或防止管件在钻机操作期间释放方法：利用与基于钻机的起重装置以可操作方式相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于重量的管件联锁设备，所述设备适于确定管件是否被基于钻机的起重装置或夹持装置以接合方式夹持，所述设备包括：夹持机构，所述夹持机构与基于钻机的起重装置或夹持装置以可操作方式相联，所述基于钻机的起重装置或所述夹持装置适于夹持所述管件从而支撑所述管件的重量；和以可操作方式连接到所述夹持机构的联锁系统，所述联锁系统适于测量所述夹持机构上的实际管件负载，并适于将所述管件负载与预定负载进行比较，以确定所述夹持机构是否正夹持所述管件，其中所述夹持机构适于仅当所述实际管件负载减小到所述预定负载以下时才释放所述管件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.15 US 13/296,9321.一种基于重量的管件联锁设备，所述设备适于确定管件是否被基于钻机的起重装置或夹持装置以接合方式夹持，所述设备包括：夹持机构，所述夹持机构与基于钻机的起重装置或夹持装置以可操作方式相联，所述夹持机构适于夹持所述管件从而支撑所述管件的重量；和以可操作方式连接到所述夹持机构的联锁系统，所述联锁系统适于测量所述夹持机构上的实际管件负载，适于存储当被满足时提供确认所述夹持机构正夹持所述管件的预定负载，并适于将所述管件负载与所述预定负载进行比较，以确定所述夹持机构是否正夹持所述管件，所述联锁系统适于计算基于且小于所述预定负载的足够的释放力，所述足够的释放力是当被满足时打开所述夹持机构以释放所述管件的力，其中所述联锁系统适于在所述实际管件负载大于所述预定负载的同时对所述夹持机构施加所述释放力，所述夹持机构适于仅当所述实际管件负载被减小到所述预定负载以下时才释放所述管件。2.根据权利要求1所述的设备，所述设备进一步包括至少一个平衡机构，所述至少一个平衡机构适于提供所述管件的相对于基于钻机的起重装置的渐增轴向移动，其中所述至少一个平衡机构测量所述管件负载。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述至少一个平衡机构包括至少一个平衡缸。4.根据权利要求3所述的设备，其中所述至少一个平衡缸测量所述管件负载。5.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备进一步被构造成以比释放所述实际管件负载所需的力小但足以释放所述预定负载的量来施加所述释放力。6.根据权利要求1所述的设备，其中当至少第二夹持机构以接合方式夹持所述管件并承载所述管件的实际管件负载的至少大部分时，满足所述预定负载。7.根据权利要求6所述的设备，其中当所述夹持机构与所述基于钻机的起重装置以可操作方式相联时，所述第二夹持机构与钻机平台装置以可操作方式相联。8.根据权利要求6所述的设备，其中所述联锁系统与所述夹持机构及所述第二夹持机构以电子方式相联，并且所述联锁系统适于在释放所述夹持机构和所述第二夹持机构中的一个之前确认所述实际管件负载被所述夹持机构和所述第二夹持机构中的至少另一个以接合方式夹持。9.根据权利要求1所述的设备，其中所述实际管件负载完全是轴向负载，并且所述释放力包括至少轴向分量。10.根据权利要求1所述的设备，其中当所述管件负载落入确认所述管件被第二夹持机构夹持的容许负载范围内时，所述实际管件负载被减小到所述预定负载以下。11.根据权利要求1所述的设备，其中所述联锁系统与所述夹持机构一体地形成。12.一种钻机，所述钻机包括根据权利要求1所述的联锁设备。13.一种确保管件由基于钻机的起重装置或夹持装置以接合方式夹持的方法，所述方法包括：利用与所述基于钻机的起重装置以可操作方式相联的夹持机构夹持管件；测量所述夹持机构上的实际管件负载；将所述实际管件负载与预定负载进行比较，当满足所述预定负载时，提供确认所述夹持机构正夹持所述管件；计算释放所述实际管件负载所需的比所述预定负载小的释放力，所述释放力基于且小于所述预定负载；在所述实际管件负载大于所述预定负载的同时，对所述夹持机构施加所述释放力；以及如果所述实际管件负载不大于所述预定负载，则释放所述夹持机构对所述管件的接合夹持。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述负载完全是轴向负载，并且进一步包括释放力，所述释放力包括至少轴向分量。15.权利要求13所述的方法，所述方法进一步包括计算释放所述实际管件负载所需的释放力。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述释放力被设定成释放所述实际管件负载所需的力的10％至90％，使得当所述负载被充分地减小时能够施加所述释放力以从所述夹持机构释放所述管件。17.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：将释放力在轴向上在向上方向上施加到所述管件、在向下方向上施加到所述夹持机构，在径向上向内或向外施加释放力，或以其任何组合的方式施加释放力。18.根据权利要求13所述的方法，其中第二夹持机构充分地夹持所述管件，使得所述夹持机构上的所述实际管件负载不大于所述预...

【专利技术属性】
技术研发人员：比特·屈特尔，约翰·B·帕特森，
申请(专利权)人：坎里格钻探技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US