自对准管夹持组件以及制造和使用该管夹持组件的方法技术

本发明专利技术公开了一种自对准管夹持组件以及制造和使用该管夹持组件的方法，所述自对准活塞被构造成选择性地接合管分段和与管分段分离，以允许顶部驱动输出轴连接至管分段。在一个实施例中，所述自对准活塞包括：活塞主体，所述活塞主体被构造成在第一位置和第二位置之间旋转；至少一个弹性储能构件，所述至少一个弹性储能构件连接至活塞主体；辊子组件，所述辊子组件连接至活塞主体；和凸轮，所述凸轮设置在至少一个弹性储能构件和辊子组件之间。弹性储能构件被构造成通过使辊子组件沿着凸轮旋转而将活塞主体偏压到第一位置。

【技术实现步骤摘要】
自对准管夹持组件以及制造和使用该管夹持组件的方法
本专利技术大致涉及一种管夹持组件，并且更具体地，涉及一种自对准管夹持活塞。
技术介绍
钻油井的过程通常包括组装钻柱和套管柱并将钻柱和套管柱插入到土地中以形成井眼。钻柱和套管柱从钻油机(oildrillingrig)向下延伸并延伸到土地中。钻柱和套管柱通过钻机上的顶部驱动电动机被旋转地驱动到土地中。钻柱通常包括螺纹连接在一起的一系列钻进段。最下部的钻进段(即，在土地中延伸得最远的钻进段)包括位于其下端的钻头。通常，套管柱绕着钻柱设置以在完成钻井操作之后使井眼成直线。套管柱被构造成确保井眼的整体性。套管柱包括螺纹连接在一起的一系列壳套管段。近来，管夹持装置已经被设计成利用钻油机的现有顶部驱动装置组装钻柱和套管柱。一些传统的管夹持装置固定地安装在稳固的支撑件中。然而，在这种传统的夹持装置在操作期间受到大的偏离中心的作用力时，传统的夹持装置会被损伤，由于为了修理损伤的管夹持装置必须停止钻井操作，因此这会增加成本并耗费时间。
技术实现思路
本专利技术涉及在油井钻井系统中使用的管夹持组件和自对准活塞的各种实施例。本专利技术的管夹持组件和自对准活塞被构造成选择性地接合和分离管分段和校正相对于管分段的不对准。根据本专利技术的一个实施例，自对准活塞包括被构造成在第一位置和第二位置之间旋转的活塞主体、连接至活塞主体的弹性储能构件、连接至活塞主体的辊子组件、和设置在弹性储能构件和辊子组件之间的凸轮。在一个实施例中，第一位置为相对于管分段的对准方位，而第二位置为相对于管分段的未对准方位。弹性储能构件被构造成通过沿凸轮旋转辊子组件将活塞主体偏压到第一位置(例如，对准方位)。在一个实施例中，弹性储能构件包括多个弹簧。在一个实施例中，自对准活塞包括连接至活塞主体的压模组件。在一个实施例中，凸轮限定具有一对相对的井状部和一对相对的顶点的波状外形的凸轮表面。辊子组件上的辊子被构造成在活塞主体处于第一位置(例如对准方位)时位于井状部中，而在活塞主体旋转到第二位置(例如未对准方位)时沿着凸轮表面朝向顶点滚动。弹性储能构件被构造成将辊子偏压到井状部中以使活塞主体返回至第一位置(例如对准方位)。在一个实施例中，在活塞主体处于第一位置时，弹性储能构件处于预压缩状态，而在活塞主体处于第二位置时，弹性储能构件被进一步压缩成较高势能状态。较高势能的这种状态提供用以使活塞主体返回至正常对准的第一位置的驱动力。在一个实施例中，自对准活塞被构造成沿具有管分段的接合位置和分离位置之间的花键轴滑动。在一个实施例中，凸轮包括具有开有键槽的表面的轮毂，所述开有键槽的表面被构造成接合花键轴以防止凸轮绕着花键轴旋转。根据本专利技术的另一个实施例，管夹持组件包括被构造成绕着管分段一起夹紧的第一和第二钳夹、被固定地容纳在第一和第二钳夹中的每一个钳夹中的至少一个花键轴、和被容纳在第一和第二钳夹中的每一个钳夹中的至少一个自对准活塞。自对准活塞被构造成沿花键轴在接合位置和分离位置之间滑动。在一个实施例中，至少一个自对准活塞中的每一个都包括被构造成在第一位置(例如相对于管分段的对准方位)和第二位置(例如相对于管分段的未对准方位)之间旋转的活塞主体、连接至活塞主体的至少一个弹性储能构件、连接至活塞主体的辊子组件、和设置在至少一个弹性储能构件与辊子组件之间的凸轮。弹性储能构件被构造成通过沿凸轮旋转辊子组件将活塞主体偏压到第一位置中。在一个实施例中，第一和第二钳夹中的每一个都包括延伸端口和缩回端口，所述延伸端口被构造成接收增压液压流体，以使至少一个自对准活塞中的每一个都被致动到接合位置，所述缩回端口被构造成接收增压液压流体，以使至少一个自对准活塞中的每一个都被致动到分离位置。在一个实施例中，管夹持组件包括被固定地容纳在第一和第二钳夹中的每一个钳夹中的至少一个压盖。压盖被构造成绕着至少一个自对准活塞中的每一个形成流体密封。此
技术实现思路
被提供以介绍在以下详细说明中进一步描述的原理精选。该
技术实现思路
既不意指确定请求保护的主题的关键或基本特征，也不意指用于限制请求保护的主题的保护范围。附图说明本专利技术的实施例的这些及其它特征和优点将结合附图通过参照以下详细说明变得更清楚。在附图中，在全部附图中使用相同的附图标记来表示相同的特征和部件。附图不需要按照比例绘制。在附图中：图1为根据本专利技术的一个实施例的包括管夹持组件的钻机的侧视图；图2A为根据本专利技术的一个实施例的管夹持组件的立体图，该管夹持组件包括钳夹，该钳夹容纳两个自对准活塞组件；图2B为在图2A中示出的管夹持组件的实施例的立体图，其中钳夹以虚线被示出；图2C和2D分别是根据本专利技术的一个实施例的压盖和花键轴的前视立体图；图3A和3B分别是图2A和2B中显示的一个自对准活塞组件的分解后视立体图和前视立体图；图4A和4B分别是根据本专利技术一个实施例的凸轮的后视立体图和前视立体图；图4C和4D分别是图4A和4B中图示的凸轮的后视平面图和前视平面图；图4E和4F分别是图4A-4D中图示的凸轮的侧视图和俯视图；图5A和5B分别是根据本专利技术一个实施例的辊子组件的后视立体图和前视立体图；图5C和5D分别是图5A和5B中图示的辊子组件的俯视图和侧视图；图6A和6B分别是根据本专利技术一个实施例的活塞壳体的后视立体图和前视立体图；图6C为图6A和6B中图示的活塞壳体的后视平面图；图7A和7B分别是根据本专利技术一个实施例的压模组件的前视立体图和后视立体图；图7C为图7A和7B中图示的压模组件的前视平面图；图7D和7E分别是图7C中图示的沿D-D线和E-E线截取的压模组件的横截面图；图8A和8B是根据本专利技术一个实施例的显示分别相对于管分段在对准方位和未对准方位的自对准活塞组件的立体图；和图8C和8D是根据本专利技术一个实施例的显示分别相对于管分段在对准方位和未对准方位的自对准活塞组件的侧视图。具体实施方式本专利技术涉及管夹持组件和自对准活塞组件，该管夹持组件和自对准活塞组件用于在油井钻进系统中使用，从而使管分段与向下延伸到井眼中的管柱连接和从管柱断开。在此处使用的术语“管分段”是指壳体段和/或钻进段，术语“管柱”是指套管柱和/或钻柱。本专利技术的自对准活塞组件被构造成接合管分段，使得现有的顶部驱动装置的输出轴可以螺纹连接到管分段上(即，自对准活塞组件固定管分段，使得顶部驱动装置的输出轴可以相对于管分段旋转，以使输出轴连接至管分段)。此外，响应于偏心荷载，本专利技术的自对准活塞组件被构造成以不与管分段对准的方式旋转，以便减轻自对准活塞组件上的应力(即，自对准活塞组件为了耐用而被构造成未对准地旋转)。然而，自对准活塞组件和管分段之间的这种不对准降低了管夹持组件的功效并产生由于不正确运转导致的管分段被损坏的风险。因此，本专利技术的自对准活塞组件还被构造成用以在不需要自对准活塞组件的不同部件进行手动再对准的情况下校正自对准活塞组件和管分段之间不理想的旋转未对准。因此，本专利技术的自对准活塞组件被构造成允许自对准活塞组件与管分段以未对准方式旋转，从而减轻自对准活塞组件上的应力，并然后使自对准活塞组件自动地返回至其相对于管分段的对准方位。本专利技术的管夹持组件和自对准活塞组件可以被组装到任何适当的现有管送入工具中。适当的管送入工具在美国专利第7,510,006号中被说明，该专利的全本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自对准活塞，所述自对准活塞被构造成选择性地接合管分段和与所述管分段分离，所述自对准活塞包括：活塞主体，所述活塞主体被构造成在第一位置和第二位置之间旋转；至少一个弹性储能构件，所述至少一个弹性储能构件连接至所述活塞主体；辊子组件，所述辊子组件连接至所述活塞主体；和凸轮，所述凸轮设置在所述至少一个弹性储能构件和所述辊子组件之间，其中，所述弹性储能构件被构造成通过使所述辊子组件沿着凸轮旋转而将所述活塞主体偏压到所述第一位置。

【技术特征摘要】
2013.05.31 US 13/907,7841.一种自对准活塞，所述自对准活塞被构造成选择性地接合管分段和与所述管分段分离，所述自对准活塞包括：活塞主体，所述活塞主体被构造成在第一位置和第二位置之间旋转；至少一个弹性储能构件，所述至少一个弹性储能构件连接至所述活塞主体；辊子组件，所述辊子组件连接至所述活塞主体；和凸轮，所述凸轮设置在所述至少一个弹性储能构件和所述辊子组件之间，其中，所述弹性储能构件被构造成通过使所述辊子组件沿着凸轮旋转而将所述活塞主体偏压到所述第一位置。2.根据权利要求1所述的自对准活塞，其中，所述第一位置为相对于所述管分段的预定对准方位，所述第二位置为相对于所述管分段的可变未对准方位。3.根据权利要求1所述的自对准活塞，其中，所述至少一个弹性储能构件包括多个弹簧。4.根据权利要求1所述的自对准活塞，还包括花键轴，其中所述自对准活塞被构造成沿着所述花键轴在与所述管分段的接合位置和分离位置之间滑动。5.根据权利要求1所述的自对准活塞，还包括：连接至所述活塞主体的压模组件。6.根据权利要求1所述的自对准活塞，其中：所述凸轮限定具有一对相对的井状部和一对相对的顶点的波状外形的凸轮表面；所述辊子组件包括多个辊子；所述辊子被构造成在所述活塞主体处于所述第一位置时位于所述井状部中；所述辊子被构造成在所述活塞主体旋转到所述第二位置时沿着所述凸轮表面朝向所述顶点滚动；以及所述至少一个弹性储能构件被构造成将所述辊子偏压到所述井状部中以使所述活塞主体返回至所述第一位置。7.根据权利要求1所述的自对准活塞，其中，在所述活塞主体处于所述第一位置时，所述至少一个弹性储能构件处于预压缩状态，而在所述活塞主体处于所述第二位置时，所述至少一个弹性储能构件被进一步压缩成较高势能状态。8.根据权利要求4所述的自对准活塞，其中，所述凸轮还包括轮毂，所述轮毂具有被构造成接合所述花键轴的开有键槽的表面，所述轮毂和所述轴之间的接合被构造成防止所述凸轮绕着所述开有键槽的轴旋转。9.一种自对准活塞组件，所述自对准活塞组件被构造成选择性地接合管分段和与所述管分段分离，所述自对准活塞组件包括：花键轴；和活塞组件，所述活塞组件被构造成沿着所述花键轴在接合位置和分离位置之间滑动，所述活塞组件包括：活塞壳体，所述活塞壳体被构造成在相对于所述管分段的对准位置和未对准位置之间旋转；压模组件，所述压模组件连接至所述活塞壳体的内端；多个弹簧，所述多个弹簧容纳在所述活塞壳体中；凸轮，所述凸轮限定具有一对相对的井状部和一对相对的顶点的波状外形的凸轮表面；和辊子组件，所述辊子组件连接至所述活塞壳体的外端，所述辊子组件包括多个辊子，所述多个辊子被构造成沿着所述凸轮表面滚动，其中：所述辊子被构造成在所述压模组件处于所述对准位置时位于所述井状部中；所述辊子被构造成在所述压模组件旋转到所述未对准位置时沿着所述凸轮表面朝向所述顶点滚动；以及所述弹簧被构造成将所述辊子偏压到所述井状部中以使所述压模组件返回至所述对准位置。10.根据权利要求9所述的自对准活塞组件，其中，所述凸轮还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：普勒斯顿R·F，尼尔E·W，劳伦斯E·W，
申请(专利权)人：美国国民油井华高公司，
类型：发明
国别省市：美国;US