CN106255800A - 杆旋转装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于旋转管或杆的装置。管或杆由钻机的桅杆支撑并插入到井中。装置包括用于旋转管或杆的旋转构件。该旋转构件安装在井上，因此在使用过程中，管或杆从旋转构件上方送入到旋转构件中，并送入井中。

Description

杆旋转装置

技术领域

本发明涉及井，例如油井，气井及煤层气井的完井，检修和维护。

背景技术

在井的建造和运行过程中使用多种专业设备。这些专业设备包括各种类型的钻机(rig)。使用钻机钻井。使用修井机或干预机将杆旋转到井中以完成钻井。使用冲洗机从井中冲洗碎片。

在维护检修期间，可以使用冲洗机对井进行冲洗。当冲洗未能使井重新建立生产，需要对井进行干预以使井重新投产时，惯例是移除冲洗机，并设立更大的修井机/干预机。修井机/干预机工作，并用杆钻井。在修井机/干预机完成其工作之后被移除，冲洗机返回，对井进行冲洗。

更换钻探设备的过程消耗大量时间。目前，需要花费多达6个小时来设置干预机，并另外花费多达4至5小时将其拆除。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供了一种用于旋转管或杆的装置，所述管或杆由钻机的桅杆支撑并插入到井中，所述装置包括用于旋转所述管或杆的旋转构件，其中所述旋转构件安装在井上，因此在使用过程中，所述管或杆从所述旋转构件上方被送入到所述旋转构件中，并被送入到井中。

管或杆可以被送入井中以对井进行清除，钻到井中以进行清洁，或者钻到井中以对其进行扩展。

在一种实施方式中，所述旋转构件与井自身关联，而不是设置在独立于井的任何其他结构上。“与井关联”的意思是旋转构件可以在表面连接到井的一个组件上。旋转构件可以安装到井的组件上。井在表面上包括多个组件，包括防喷器(BOP)。防喷器是大型专业阀门或类似的机械设备，通常安装为至少对井，例如油井或气井进行密封，控制和/或监控。防喷器设计是为处理钻井过程中源自井储层的极端不稳定压力和非可控流(地层溢流)。井的另一个组件是填料函。填料函被用于密封旋转或往复运动的轴以防流体泄露。不管任何井组件的功能，根据本发明的第一个方面，旋转构件通过能够支撑其重量，并将其定向为使管或杆能够从上方送入旋转构件并送入井中的任何组件安装到井上，或固定在井上。安装可以是将旋转构件栓接到组件上。

在一种实施方式中，可以通过接入平台访问旋转构件。接入平台可以为U形，从而能够在使用时基本围绕旋转构件定位。接入平台可以连接到钻机上。接入平台能够可移动地连接到钻机上。接入平台能够从不可操作位置移动至可操作位置。在可操作位置，接入平台提供对旋转构件的访问。在不可操作位置，接入平台收起，可能进行运输。旋转构件还可以连接到接入平台上，以吸收任何扭转力。旋转构件可以通过一系列螺栓连接到平台上，所述螺栓能够啮合到形成平台的轨道中设置的扭转气缸中。

因此，根据本发明的第二个方面，提供了一种用于旋转管或杆的系统，该系统包括钻机和装置，所述管或杆由所述钻机的桅杆支撑并插入到井中，所述装置包括：

旋转构件，该旋转构件用于旋转所述管或杆，其中所述旋转构件安装在井上；

接入平台，该接入平台可移动地连接到所述钻机上，用于提供对井上方的所述旋转构件的访问；

其中，在使用过程中，所述管或杆通过所述钻机从所述旋转构件上方被送入到所述旋转构件中，并被送入到井中。

在替代实施方式中，接入平台可以独立于钻机，并能够以独立平台的形式被提供。因此，在一种实施方式中，旋转构件和接入平台在结构上独立于钻机。因此，根据本发明的第三个方面，提供了一种用于旋转管或杆的装置，所述管或杆由钻机的桅杆支撑并插入到井中，所述装置包括：

旋转构件，该旋转构件用于旋转所述管或杆，其中所述旋转构件安装在井上；

接入平台，该接入平台用于提供对井上方的所述旋转构件的访问；

其中，所述旋转构件在结构上独立于所述钻机。可选地，所述接入平台也在结构上独立于所述钻机。

本发明还描述了一种装置，在该装置中，旋转构件在结构上独立于钻机，并由井上方的支撑平台而非井自身支撑。支撑平台因此成为井的一个组件。因此，根据本发明的第四个方面，提供了一种用于旋转管或杆的装置，所述管或杆由钻机的桅杆支撑并插入到井中，所述装置包括：

旋转构件，该旋转构件用于旋转所述管或杆；

支撑件，该支撑件用于将所述旋转构件支撑在井上；

其中所述支撑件和所述旋转构件在结构上独立于所述钻机。

当支撑件在结构上独立于钻机时，据本发明的第五个方面，提供了一种用于旋转管或杆的装置，所述管或杆由钻机的桅杆支撑并插入到井中，所述装置包括：

旋转构件，该旋转构件用于旋转在使用过程中设置在井上方的所述管或杆；和

支撑件，该支撑件在使用过程中设置在所述桅杆的顶部下方的地面上，用于从下方支撑所述旋转构件。

除非另有明确说明，这里的所有描述都涉及本发明的第一，第二，第三，第四或第五个方面。

旋转构件提供由液压马达驱动的大齿轮。旋转构件包括与齿轮啮合的卡盘。用于旋转的装置可以固定在一对导柱之间。也可能是两个以上的导柱。导柱可以设置在旋转构件的相反侧面上。每个导柱可以包括基本上C形的轨道，旋转构件沿着该轨道移动。每个导柱可以包括用于提升旋转构件的提升构件。每个提升构件可以包括汽缸。旋转构件的所有组件也可称为钻头模块。

旋转构件可以沿着旋转构件的行程上下移动。在返回至行程的顶部之前，旋转构件可以在行程长度上和管或杆一起向下朝井前进。当位于井的最近点时，旋转构件可以位于行程的底部。行程的长度可以分割为管或杆的长度。行程的长度可以是管或杆的长度的四分之一。行程的长度可以为900m到1200mm之间。行程的长度可以为1200mm。行程的长度可以为1500mm。

支撑件可以包括接入平台。接入平台可以包括甲板。平台的形状可以基本上为矩形。平台可以包括孔，杆通过该孔在旋转构件和井之间传递。孔的中心到平台前侧的距离可以为1000mm。孔的中心到平台侧面的距离可以为1800mm。孔的中心到平台后侧的距离可以为1800mm。平台可以为U形，在使用过程中，井(以及安装在它上面的旋转构件)容纳在“U”的臂之间。

平台可以安装到钻机上。平台可以安装到钻机的侧面。平台可以安装到钻机的后部。平台的尺寸可以适于允许它设置在冲洗机桅杆的下方。平台可以铰接以允许相对于钻机移动。平台可以通过一系列液压驱动的铰链安装，所述铰链允许自动移动。移动可以是不可操作位置和可操作位置之间的移动。移动可以通过液压臂实现。在不可操作位置，平台可以收起，钻机可以在平台基本上与钻机主体齐平的情况下移动。平台可以是悬臂式的。平台可以降低到基本上水平的可操作位置。平台可以手动或者自动降低。在可操作位置，平台可以至少在一端上由钻机支撑，在另一端上由一个或多个支腿或支柱支撑，所述支腿或支柱从平台下垂至地面。支腿可以包括用于升高或降低平台的从动可伸长构件。支腿可以包括用于一旦平台被升高就固定平台高度的结构件。从动可伸长构件可以包括液压缸。结构件可以包括螺纹支撑件或螺纹柱。

平台可以在结构上独立于钻机。

在该实施方式中，平台可以通过多个支腿基本上水平地支撑在地面上。平台可以支撑在4个支腿上。支腿可以设置在围绕井的位置上。支腿可以包括用于升高平台的从动可伸长构件。支腿可以包括用于一旦平台被升高就固定平台高度的结构件。从动可伸长构件可以包括液压缸。结构件可以包括螺纹支撑件或螺纹柱。

当装置在结构上独立于钻机时，装置还可以包括与钻机啮合以防止装置在使用过程中旋转的啮合装置。啮合装置可以包括在装置和钻机之间延伸的一个或多个可伸长构件。可伸长构件可以各自包括撞锤。每个撞锤的远端可以带有键槽以与钻机上的相应键啮合。每个撞锤的远端可以设置为与钻机的升高工作平台的支撑件啮合。

当旋转构件安装到井上时，它可以包括用于防止自身原位旋转的装置。应当理解，防喷器(BOP)必须没有旋转，因此需要用于防止旋转构件旋转的装置，从而满足相关标准。用于防止旋转的装置可以是一系列螺栓，所述螺栓从旋转构件延伸，并固定到平台上。平台沉重，不能旋转。

旋转构件可与钻机液压和/或电连接。旋转构件可由安装在钻机上的控制装置控制。钻机的控制装置可包括显示面板。显示面板可具有第一配置，当旋转构件不与钻机液压和电连接时，该第一配置显示钻机的控制。显示面板可具有第二配置，当旋转构件与钻机液压和电连接时，该第二配置显示旋转构件和钻机相关设备的控制。

旋转构件可包括与管或杆的外表面啮合的摩擦构件。摩擦构件可被驱动为旋转管或杆。旋转构件可以包括卡盘驱动器。

插入井中的管或杆可以通过旋转构件，以及装置的整个重量保持在井内。装置的重力可以大于井中的流体压力施加在管或杆上的向上的力。为此，装置的重量可至少为5吨。装置的重量实际上可以至少为6吨。

旋转构件可提供用于改变管或杆下降速度的变速功能。该变速功能可以在装置或钻机测量到管或杆的重量小于预定值时降低管或杆的进给速度。旋转构件可提供用于使管或杆分别以较快和较慢速度下降的精细进给功能和重量控制进给功能。管或杆的进给速度可以由装置控制。管或杆的进给速度可以由每个导柱的提升构件控制。管或杆的进给速度可以由钻机的绞盘控制。管或杆的进给速度可以由钻机的绞车绞盘控制。

精细进给功能可以根据第一速度将管或杆送入井中。重量控制进给功能可以根据比第一速度低的第二速度将管或杆送入井中。第二速度可以是装置或钻机测量到的管或杆(或管或杆串)等于预定重量时的速度。重量控制速度可以是保持预定重量的可变速度。

装置或钻机可以测量管或杆的向下的力。当装置或钻机测量到管或杆的向下的力低于预定阈值时，旋转构件可以上升以至少部分地将管或杆从井中收回，并且接下来使用重量控制进给功能以较慢的速度下降管或杆。钻机或装置可以配置为自动从精细进给功能转移到重量控制进给功能。

精细进给功能可以根据第一设置进给速度进给管或杆。重量控制进给功能可以根据比第一设置进给速度低的第二设置进给速度进给管或杆。重量控制进给功能可以根据维持装置所测量的管或杆(或管或杆串)重量的最小测量值的速度进给管或杆。重量控制进给功能可以根据维持钻机所测量的管或杆(或管或杆串)重量的最小测量值的速度进给管或杆。

通过使用精细进给速度和重量控制进给速度，装置能够在管或杆下降的整个过程中始终对管或杆的速度进行控制。

可以从安装在支撑件/接入平台上的一个或多个狭小通道上提取管或杆。狭小通道可以位于装置的后侧。狭小通道可以位于装置的一个或两个侧面，“侧面”指的是在使用时朝钻机延伸或从钻机延伸开的侧面。管或杆可以是管或杆串的一部分。

装置还可以包括保持装置，该保持装置设置在支撑件/接入平台上，用于当其他管或杆连接到管或杆串时保持该管或杆串。保持装置可包括脚踏夹具。

本发明还提供一种用于将管或杆插入到井中的方法，该方法包括：

a.将钻机定位在所述井附近；

b.将根据本发明任意一个方面的装置定位在所述井上；

c.使用所述钻机使管或杆朝着所述井下降，并同时使用所述装置的旋转构件使所述管或杆旋转。

在一种实施方式中，将装置定位在井上的步骤包括将旋转构件安装到井上的步骤。在一种实施方式中，该定位步骤还包括将可选地连接到钻机上的接入平台移到可操作位置上。方法还可以包括将旋转构件连接到平台上，从而使其免受任何扭转力的损害。

本发明还提供一种利用钻机的绞盘控制管或杆串下降到井中的速度的方法，该方法包括：

a.以第一速度下降所述管或杆串；

b.测量所述绞盘的“钩负荷”；

c.当测量的“钩负荷”表明所述管或杆串对井施加的压力超过预定压力时，至少部分地缩回所述管或杆串；和

d.以低于所述第一速度的第二速度下降所述管或杆串。

预定压力可以基于钻机上的管或杆的重量测量。重量测量可以指示管或杆施加在装置上的向下的力，向下的压力或者其他力的测量。重量测量可以指示管或杆施加在钻机上的向下的力，向下的压力或者其他力的测量。“钩负荷”可以等于管或杆(或管或杆串)的重量减去井对管或杆(或管或杆串)施加的向上的力。预定压力可以基于装置上的管或杆的重量测量。根据具体情况，“钩负荷”可以是装置或钻机测量的重量，但是该测量迄今为止可以理解为唯一地指钻机的吊钩上测量的重量。

可以在至少执行第一下降步骤时执行测量步骤。

钻机可配置为自动执行至少步骤c和d。

第二速度可以变化，从而维持“钩负荷”的特定测量。第一速度可以为固定速度。第二速度可以是低于第一速度的固定速度。

本发明的装置的一些实施方式可以使钻机，例如冲洗机，在井中保持位置，从而利用装置执行干预工作。因此，所述实施方式可以避免需要使用传统上可能已被使用的修井机/干预机。

附图说明

下面仅以非限制性示例的方式，参照附图描述杆旋转装置的实施方式，其中：

图1是钻机和杆旋转装置的一种实施方式，其中支撑件在结构上独立于钻机；

图2为图1所示装置的侧面透视图；

图3是替代性杆旋转装置的侧视图，其中在旋转构件的顶部安装有用于旋转构件的驱动；

图4是图1所示装置的甲板的特写局部视图，显示了用于在旋转构件移动过程中将杆保持在位置上的脚踏夹具；

图5和5A是钻机和杆旋转装置的一种实施方式，其中支撑件/接入平台连接到钻机上；

图6是图5所示装置的透视图，为了清楚起见，未显示钻机；

图7至9是图6所示装置的部件的透视图；

图10是安装在平台上的旋转构件的剖面的透视图。

具体实施方式

图1显示了用于旋转杆12的装置10。杆12通过线18由钻机16的桅杆14支撑：在大多数情况下，杆12将由钻机16的绞车支撑，从而由桅杆14支撑。杆12可以插入到井20中。杆12通常会形成一串杆12的一部分，或者“杆串”。

如图2所示，装置10包括旋转构件21，旋转构件21包括用于旋转杆12(以虚线显示)的卡盘驱动22(图2未显示)，以及支撑件，该支撑件的形式为升高的接入平台24，用于将旋转构件21支撑在井20上。图6至9显示了装置100的一种实施方式，在这些图中可以看到卡盘驱动220的细节。

在至少如图1所示实施方式中，平台24和旋转构件21在结构上独立于钻机16。钻机16因此能够用于将杆12从井20中升高和将杆12下降到井20中，而装置10用于旋转杆12。换句话说，钻机16不负责旋转杆12。结构上独立的意思是平台和卡盘驱动不由钻机支撑，但应该理解的是，在不脱离本实施方式的精神的情况下，可以设置任何附带或间接的连接(例如用于抵抗装置10相对于钻机16旋转的连接)。例如，在平台和卡盘驱动与钻机之间可以延伸有护轨，从而满足钻场要求的安全标准。

在图1至3所示的实施方式中，平台24位于桅杆14的顶点28下面的地面26上，从下面支撑卡盘驱动22。因此，杆12可以从卡盘驱动22上方被送入卡盘驱动22，向下送入到井20中。

如图5所示，在一些实施方式中，接入平台240安装在钻机160上。平台通过连接件230与钻机连接。连接件230可以是铰链230。这在图6中更清楚地显示。连接件230适于围绕连接到钻机160后部的杆(未显示)移动。钻机160仍然可以用于将杆120从井200中升高和将杆120下降到井200中，而装置100用于旋转这些杆120。每个杆120通过线180由钻机160的桅杆140支撑。杆120可以插入到井200中。在该实施方式中，如上所述，钻机160不负责旋转杆120。旋转构件210由井200支撑。井包括BOP 215和填料函225。旋转构件可以栓接到填料函225上。为了保护旋转构件210(钻头模块)免受任何扭转力损坏，它还可以栓接到平台支撑件240上。这在图10中显示。在图10中，显示了剖开的螺栓380，其头部与旋转构件310的基座385啮合。螺栓被平台340中嵌入的扭转气缸390捕获。可以围绕基座385的外围设置任意数量的螺栓380。用于将旋转构件310连接到平台上的其他装置也包含在本发明的范围内。

为了将旋转构件21支撑在位置上，可以设置两个导柱。每个导柱的形式可以为基本上C形的轨道30。每个轨道30内可以安装有提升缸。在替代实施方式中，如图6至9所示，旋转构件210可以由导柱300支撑，导柱300能够沿着柱子310伸缩移动。提升缸可以与每个柱子和导轨关联安装，从而实现移动。提升缸升起旋转构件210支撑卡盘驱动220的相反侧，和卡盘驱动220的行程顶部一致。提升缸还可以朝卡盘驱动220的行程底部降低卡盘驱动220，在使用过程中，卡盘驱动220将在杆120的重量作用下降低。因此，提升缸被用于控制卡盘驱动220的下降速度，以及杆120的下降速度。卡盘驱动220可以由液压驱动马达250驱动。这些马达250还防止旋转构件210的任何不必要旋转。

除非另有更加明确的说明，相对于图5至9描述的过程还涉及图1至4所示的实施方式(反之亦然)。

在图3中，旋转构件21安装在轨道30中，设置在滑道，轴承，或使卡盘驱动22能够升高和降低的任何其他合适的安装机构上。

在图1至3中，平台24包括甲板32和多个支腿34。总的来说，甲板32和平台24的尺寸设计为符合将装置10安装在冲洗机(例如钻机16)的桅杆14下面所需的标准距离。例如，从卡盘驱动22的中心线(以及井20的中心线)到装置最靠近钻机16的边缘的距离最大为1000mm，钻机16通常设置在井上大约1200mm至1400mm。

旋转构件21可以直接安装到井20上。在该实施方式中，甲板32可以基本上围绕旋转构件设置以供进入。甲板32可以在支腿34上升高和降低，以调节甲板32的高度，从而定位在不同高度的井20上方。支腿34可伸长，因此甲板距地面的高度达到3500mm。对于其他井，当平台24位于井20上时，井20的高度可以为2500mm，3200mm或3700mm，或任何其他高度。每个支腿34包括千斤顶提升缸36和螺纹支撑件38。螺纹支撑件38从套筒40向下延伸至脚部42。套筒40的位置相对于甲板32固定。在每个千斤顶提升缸36的顶部设置有指示器41，指示器41指示支腿34是否与地面接触。指示器41还可以指示各个缸36是否正常工作。使用倾角计或其他水平传感器(未显示)自动控制支腿34，从而使甲板32水平。如果在装置10使用过程中的任何阶段，甲板32移动超出水平传感器确定的水平，则装置10将停止运行，以允许甲板重新水平。在使用过程中，千斤顶提升缸36延长，因此甲板32至少为井20的高度。装置10接下来(举例来说)通过吊车或叉车升高到井20上方。千斤顶提升缸36随后被调节，直到甲板32基本拉平(即，水平)。接下来将螺母(未显示)设置在螺纹支撑件38上，抵靠在套筒40上以防止甲板32在出现液压故障的情况下下沉或失去水平。为了提供稳定性，支腿34围绕井20定位。视情况而定，可以设置任意数量的支腿34。但是，当将装置10升高到井20上方的位置中时，或者当将装置10从井20移除时，与奇数支腿相比，四个支腿34能够提供更大的平衡。

如图5所示，平台240支撑在钻机160的后部上，只需要一对支腿340。支腿可伸长，从而允许平台在钻机后部延伸时基本上是水平的。如图5A所示，远离钻机可能不存在支腿。平台240可以是悬臂式的，使用液压臂235移动，平台240接下来可以在BOP 215上下降。在该实施方式中，通过将旋转构件210栓接到与BOP相关的填料函上来安装旋转构件210。图7显示了就位的旋转构件210的顶视图。应该理解，平台240只是为了说明目的而显示，在使用过程中，平台实际上可以为U形，从而允许访问旋转构件210。此外，在钻头模块的基板中的孔中可以设置有螺栓，钻头模块通过螺栓连接到井的组件上，因为在图中被掩盖，无法看到这些螺栓。

图8是图7所示旋转构件210的横截面侧视图。液压马达250运行以旋转大齿轮(未显示)，该大齿轮设置在直接位于该液压马达下方的组件中(以矩形横截面显示)。卡盘220因此通过马达250旋转。图8和9是透视顶视图和透视底视图，它们的目的是为了使元件部分的视图完备。

在简化版本中，根据本教导的用于将杆12或120插入到井20或200中的方法可以包括：

a.将钻机16或160定位在所述井20或200附近；

b.将装置10或100定位在所述井20或200上；和

c.使用所述钻机16或160使杆12或120朝着所述井20或200下降，并同时使用卡盘驱动22或220使所述杆12或120旋转。

在一种实施方式中，将装置定位在井上的步骤包括将旋转构件安装到井上。

更详细地，在利用本发明的装置10的典型操作中，在井20旁边设置冲洗机16。冲洗机16对井进行冲洗，直到确定需要干预。冲洗机16的桅杆14接下来从井20旋离，从而提供间隙以将装置10定位在井20上。在一些情况下，桅杆14可以在定位装置的过程中保持在井20上方的位置中。

接下来，通过将旋转构件连接到填料函上，可选地将旋转构件安装到井上。该连接可以是通过将其栓接到填料函上实现的。在一些实施方式中，装置现场运输(例如，通过卡车)到井20附近。在运输期间，装置的平台通常“符合标准尺寸”，换句话说，当装置10定位在井20上时，平台的支腿34的延伸高度使甲板32高于井20。在一些情况下，甲板32可以基本上为U形，因此井20或井口接收在“U”的臂之间。一旦旋转构件被安装，甲板32可以围绕它下降。通过设置U形甲板32，避免了在井20上方升高甲板32的需要。但是，对于需要在钻机16的绞盘46具有较高负荷的干预操作，U形可能危害装置10的强度。虽然可以使用结实的量具钢和其他材料强化装置10以在所有情况下都能使用U形甲板32，但是装置10应该能够在路面上运输，并且符合道路限制。因此，较低的重量和较小的尺寸是合适的。

可以使用吊车或叉车将装置10提升至地面上的位置上，位于井20之上。从平台24的前部到卡盘驱动22的中心线的距离为1000mm，从围绕甲板32的侧面和后部设置的护轨到卡盘驱动22的中心线的距离为1800mm(即，整体长度为2800mm，整体宽度为3600mm)。到平台24前部的较小1000mm尺寸确保平台24达不到钻机16的最靠后的点。通常，钻机在后部提供升高的工作平台。因此，在这种情况下，钻机的最靠后的点是升高的工作平台的最靠后的点。

一旦定位在井20上，装置10与钻机16液压和电连接。由此向装置提供液压动力和电力以尤其促进支腿34的调节。钻机16的控制装置能够用于控制装置10的功能。

一旦建立液压和电力控制，就可以调节支腿34的高度，直到甲板32水平。一旦水平，如果平台在结构上独立于钻机，则两个撞锤40从装置10延伸至钻机16。每个撞锤40配置为与钻机16啮合，从而将装置10固定到钻机16上。撞锤40能够在杆12被困在井中的情况下防止装置40旋转，并阻止卡盘驱动22旋转。如果桅杆14从井20旋开以帮助将装置10定位在井20上，则桅杆14现在能够旋回到井20上的位置。

一旦水平，一个或多个狭小通道(未显示)连接到装置10的可以提取杆12的侧面上。取决于井20的结构和周围环境，狭小通道可以位于甲板32的两侧(即，朝钻机16延伸或从钻机16延伸开的侧面)，或者，狭小过道可以位于甲板32的后部。

可选地，在平台24的前侧和后侧设置通道竖梯50。竖梯50可收缩以运输平台24，或者可以一直固定在位置上。如图5所示，如果平台连接到钻机上，则竖梯最好位于后部。

一旦装置10设立，钻机16的连接到钻机16的绞盘或绞车46上的吊钩被用于从狭小通道收集杆12，并将杆12定位在卡盘驱动22中。当杆12如图1所示贯穿装置10时，杆12可以通过脚踏夹具被保持在位置上(参见图4)。脚踏夹具，例如脚踏夹具44，对于本领域技术人员而言是已知的，这里不再详细描述。

为接收杆12，卡盘驱动22通常位于其行程的顶部，换句话说，卡盘驱动22将位于轨道30上的最高点。杆12从上方插入到卡盘驱动22中，卡盘驱动夹到杆12上，在从上方被钻机16支撑的杆串的重量作用下，并在卡盘驱动22的旋转作用下，杆下降。卡盘驱动22的轨道30中的提升缸可以控制杆12的下降，因此杆不会掉落。卡盘驱动22从行程顶部到底部(即，卡盘驱动22的离井20最远的位置到卡盘驱动22的离井20最近的位置)的行程全长可以是任意预期长度，但是该长度一般选择为能被杆12的长度整除。例如，卡盘驱动22的行程为1500mm，杆12的长度为9000mm。因此，卡盘驱动22的四个行程等于一根杆12的长度。

在卡盘驱动22的连续行程之间，并且当连接其他杆12或移除杆12时，杆12被脚踏夹具44固定在位置上，停止进给杆12。因此，杆12一直连接到平台上。这在安全方面带来许多好处。如果杆12开始被井压拒绝，它将被脚踏夹具44约束在位置上，或者被固定在卡盘驱动22中。当夹在脚踏夹具44中时，在能够离开井20之前，杆将需要提升装置10的整个重量，该重量可能为5吨，6吨或更多。当固定在卡盘驱动22中时，杆12可以将卡盘驱动22驱动到其行程的顶部，但是一旦到达该位置，在能够离开井20之前，杆12将再次需要提升装置10的整个重量。

有利地，钻机16的绞盘46可以具有双速设置。在杆12的一般提升和钻井过程中使用第一高速设置。在称为“精细进给”的该设置下，管或杆12的下降速度被控制。由于杆12一般在成串杆12的重量作用下下降，因此杆12通常会向卡盘驱动22或绞盘46施加较大的向下压力。当该向下压力降低为小于预定压力时，表明遇到了坚硬的岩石或一些其他反压源。在这种情况下，绞盘46自动收缩杆12，因此卡盘驱动22至少部分地移动到其行程的顶部。绞盘46接下来使用第二低速或“重量控制进给”设置，其中杆12以受控的较低速度插入到井20中。术语“重量控制”理解为包括使用重量作为转至较低进给速度的触发条件，并且还包括使用重量(即，杆或管的向下压力的测量)可变地控制杆12的进给速度。

可以利用钻机16上的现有“钩负荷”传感器来设置和测量“预定压力”。通过使用冲洗机16，可以利用绞盘泵管理低速设置(即，重量控制进给速度)。绞盘泵将移动并提供充分的油流来抑制钻机16的吊钩上的重量。接下来释放绞盘刹车，不会由于流经绞盘泵的油的压力带来任何负荷运动，并且杆12能够以理想速度下降。

在绞盘46配置为自动切换到低速，或重量控制进给设置的情况下，预定压力可以是固定的，并且重量控制进给速度也可以是固定的。特别地，预定压力可以取决于正在执行的工作所需要的钻井要求或井眼净化要求。在操作员正在控制重量控制进给速度的情况下，操作员可以控制流经绞盘泵的流体，从而选择杆12的重量控制进给速度。或者，装置10或钻机16可以自动调节进给速度以维持特定的向下压力测量，由此控制进给速度(即，进给速度由“重量”控制)。

在杆12开始困在井20中的情况下，或者在从井20返回的流体的密度增加到可能损坏泵的程度的情况下，可以使用类似的收缩和精细进给过程。在后一种情况下，以精细进给速度(即，更加缓慢)进给杆，因此在杆12前进时相对多的流体被泵入井20中。在一些情况下，当从井中泵出的流体的密度增加到可能损坏泵的程度时，可以使用精细进给而无需首先撤回杆12，换句话说，杆不停止前进，而是简单地以较慢速度前进，而泵继续以其之前的速度泵送。

对于较轻的成串杆12，安装在轨道30中的提升缸可以被控制为提供精细进给性能。

一旦完成干预，狭小通道从平台34移除，液压装置和电力装置从钻机16断开，装置10从井20抬离，并抬到卡车上以运走。在另一种实施方式中，通过将平台折叠向钻机主体，平台被移动至不可操作位置。

在本发明的权利要求以及之前的描述中，除非上下文通过明确的语言或必要的暗示要求，词语“包括”或其变形，例如“包含”是根据包容性的意义使用，亦即，指定所陈述特征的存在，但是不排除在本发明的不同实施方式中还存在或添加其他特征。可以理解的是，如果这里引用了任何现有技术公开文件，则该引用不意味着所述公开文件构成了澳大利亚或任意其他国家的现有技术中的公知常识。

Claims (20)

1.一种用于旋转管或杆的装置，所述管或杆由钻机的桅杆支撑并插入到井中，所述装置包括用于旋转所述管或杆的旋转构件，其中所述旋转构件安装在所述井上，因此在使用过程中，所述管或杆从所述旋转构件上方被送入到所述旋转构件中，并被送入到所述井中。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括用于提供对所述旋转构件的访问的接入平台。

3.一种用于旋转管或杆的装置，所述管或杆由钻机的桅杆支撑并插入到井中，所述装置包括：

旋转构件，该旋转构件用于旋转所述管或杆，其中所述旋转构件安装在所述井上；

接入平台，该接入平台用于提供对所述井上方的所述旋转构件的访问，

其中至少所述旋转构件在结构上独立于所述钻机。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的装置，其中，所述接入平台连接于钻机上。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的装置，其中，在使用过程中，所述接入平台通过多个支腿被基本上水平地支撑。

6.根据前述权利要求中任意一项所述的装置，其中，所述装置的重量至少为5吨。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，插入到所述井中的所述管或杆通过所述旋转构件和所述装置的重量被保持在所述井内。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其中，所述装置的重力大于所述井中的流体压力施加在所述管或杆上的向上的力。

9.根据前述权利要求中任意一项所述的装置，其中，所述旋转构件提供用于使所述管或杆分别以较快和较慢速度下降的精细进给功能和重量控制进给功能。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，当所述装置或钻机测量到所述管或杆的向下的力低于预定阈值时，所述旋转构件上升，以至少部分地将所述管或杆从所述井中收回，并且使用所述重量控制进给功能以较慢的速度下降所述管或杆。

11.根据前述权利要求中任意一项所述的装置，其中，所述旋转构件具有行程，在使用过程中，在重新回到所述行程的顶部之前，所述旋转构件与所述管或杆一起向下朝所述井前进。

12.根据前述权利要求中任意一项所述的装置，其中，所述管或杆是管或杆串的一部分，所述装置还包括设置在支撑件上的保持装置，该保持装置用于当其他管或杆连接到所述管或杆串时保持所述管或杆串。

13.根据前述权利要求中任意一项所述的装置，其中，所述装置能够与钻机液压和/或电连接。

14.一种用于旋转管或杆的装置，所述管或杆由钻机的桅杆支撑并插入到井中，所述装置包括：

旋转构件，该旋转构件用于旋转所述管或杆；

支撑件，该支撑件用于将所述旋转构件支撑在井上，

其中，所述支撑件和所述旋转构件在结构上独立于所述钻机。

15.一种包括钻机和装置的系统，管或杆由所述钻机的桅杆支撑并插入到井中，所述装置包括：

旋转构件，该旋转构件用于旋转所述管或杆，其中所述旋转构件由所述井支撑；

接入平台，该接入平台可移动地连接到所述钻机上，用于提供对井上方的所述旋转构件的访问；

其中，在使用过程中，所述管或杆通过所述钻机从所述旋转构件上方被送入到所述旋转构件中，并被送入到所述井中。

16.一种用于将管或杆插入到井中的方法，该方法包括：

a.将钻机定位在所述井附近；

b.将权利要求1至14中任意一项所述的装置定位在所述井上；

c.使用所述钻机使所述管或杆朝着所述井下降，并同时使用所述装置的所述旋转构件使所述管或杆旋转。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，将所述装置定位在所述井上的步骤包括将旋转构件安装在井上，所述旋转构件用于旋转所述管或杆。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，将所述装置定位在所述井上的步骤包括用于提供对所述井上方的所述旋转构件的访问的接入平台。

19.一种利用钻机的绞盘对管或杆串下降到井中进行控制的方法，该方法包括：

a.以第一速度下降所述管或杆串；

b.测量所述绞盘的“钩负荷”；

c.当测量的“钩负荷”表明所述管或杆串对所述井施加的压力超过预定压力时，至少部分地缩回所述管或杆串；以及

d.以低于所述第一速度的第二速度下降所述管或杆串。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，当执行至少第一下降步骤时执行所述测量步骤。