Устройство и способы манипуляции трубными элементами

Устройство и способы манипуляции трубными элементами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Бурение подземных скважин включает в себя сборку трубных колонн, таких как колонны обсадных труб и бурильные колонны, каждая из которых содержит множество тяжелых, удлиненных трубных секций, проходящих вниз от буровой установки в ствол скважины. Трубная колонна состоит из ряда соединенных на резьбе трубных секций.

Обычно рабочие используют трудоемкий способ соединения трубных секций для формирования колонны труб. Данный способ обычно включает в себя использование рабочего, "заводящего" конец верхней трубы в муфту нижней, и оператора трубного ключа. Заводящий рабочий вручную совмещает нижний конец трубной секции с верхним концом собранной трубной колонны, и оператор трубного ключа присоединяет ключи для вращения секции для свинчивания с трубной колонной. Хотя такой способ является действенным, он опасный, громоздкий и непроизводительный. Кроме того трубные ключи требуют нескольких рабочих для надлежащего соединения трубной секции и скрепления трубной секции с трубной колонной. Таким образом, такой способ является трудоемким и поэтому дорогостоящим. Дополнительно к этому, использование трубных ключей может требовать использования подмостей или других аналогичных структур, которые подвергают опасности рабочих.

Другие решения включают в себя инструмент для спускоподъемных операций с использованием обычного блока верхнего привода для сборки колонн трубного инструмента. Инструмент для спускоподъемных операций включает в себя манипулятор, входящий в контакт с трубной секцией и поднимающий трубную секцию в подъемник, использующий приложенное усилие для удержания трубной секции. Подъемник соединяется с верхним приводом, вращающим подъемник. Таким образом, трубная секция входит в контакт с колонной труб, и верхний привод вращает трубную секцию и свинчивает ее с колонной труб.

Хотя такой инструмент обеспечивает преимущества по сравнению с обычными системами, используемыми для сборки трубных колонн, он также имеет недостатки. Один такой недостаток заключается в возможности повреждения трубной секции зажимными плашками подъемника. Другой недостаток заключается в том, что обычный манипулятор не может снимать одиночные трубные звенья и укладывать их на трубный мост без участия рабочих.

Другие инструменты также предложены для устранения данных недостатков. Вместе с тем такие инструменты часто неспособны работать с трубами неодинаковых размеров. Когда трубы, которыми манипулируют, не являются идеальными по размерам и имеют различную толщину стенок или неидеальную цилиндричность, возможности инструментов по адекватному соединению с трубами снижаются.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к устройству для манипуляции трубными элементами, содержащему: инструмент для спускоподъемных операций с трубными элементами, подъемник для трубных элементов, множество первых исполнительных механизмов, проходящих каждый между инструментом для спускоподъемных операций и подъемником, и множество вторых исполнительных механизмов, проходящих каждый между инструментом для спускоподъемных операций и соответствующим одним из первых исполнительных механизмов, при этом каждый из первых и вторых исполнительных механизмов имеет гидравлическое управление, инструмент для спускоподъемных операций включает в себя щелевой элемент, имеющий множество удлиненных щелей, каждую проходящую в некотором направлении, элемент с выемками, соединенный с щелевым элементом с возможностью скольжения относительно него и имеющий множество выемок, каждая из которых сужается на конус в направлении от мелкого конца к глубокому концу, и множество перекатывающихся элементов, удерживаемых каждый между одной из множества выемок и одной из множества удлиненных щелей. В предпочтительном варианте осуществления каждый из множества перекатывающихся элементов частично выступает из примыкающей одной из множества удлиненных щелей, когда расположен в мелком конце соответствующей одной из множества выемок, и каждый из множества перекатывающихся элементов втягивается внутрь внешнего периметра щелевого элемента, когда расположен в глубоком конце соответствующей одной из множества выемок.

В одном варианте осуществления подъемник включает в себя щелевой элемент подъемника, имеющий множество удлиненных щелей, проходящих каждая в некотором направлении, элемент подъемника с выемками, соединенный с щелевым элементом подъемника с возможностью скольжения относительно него и имеющий множество выемок, каждая из которых сужается на конус в направлении от мелкого конца к глубокому концу, и множество перекатывающихся элементов подъемника, удерживаемых, каждый, между одной из множества выемок и одной из множества удлиненных щелей, при этом каждый из множества перекатывающихся элементов подъемника частично выступает из примыкающей одной из множества удлиненных щелей, когда расположен в мелком конце соответствующей одной из множества выемок, и втянут внутрь внешнего периметра щелевого элемента подъемника, когда расположен в глубоком конце соответствующей одной из множества выемок. В другом варианте осуществления инструмент для спускоподъемных операций выполнен с возможностью соединения с внешней поверхностью трубного элемента посредством трения, достаточного для приложения крутящего момента к трубному элементу. В другом варианте осуществления крутящий момент составляет, по меньшей мере, около 6780 Нм (5000 фут.фунт), а в предпочтительном варианте осуществления крутящий момент составляет, по меньшей мере, около 67800 Нм (50000 фут.фунт).

В другом варианте осуществления каждый первый исполнительный механизм включает в себя первый цилиндр, имеющий первый конец и второй конец, при этом первый конец поворотно соединен с первой точкой прикрепления инструмента для спускоподъемных операций, и первый шток проходит от второго конца и поворотно соединен с подъемником. В предпочтительном варианте осуществления каждый второй исполнительный механизм включает в себя второй цилиндр, имеющий первый конец и второй конец, при этом первый конец второго цилиндра поворотно соединен со второй точкой прикрепления инструмента для спускоподъемных операций, и второй шток проходит от второго конца второго цилиндра и поворотно соединен с первым цилиндром. В другом варианте осуществления трубный элемент включает в себя, по меньшей мере, один из следующего: элемент обсадной колонны ствола скважины, трубный элемент бурильной колонны, трубчатый элемент и элемент колонны насосно-компрессорной трубы с муфтами.

В дополнительном варианте осуществления устройство дополнительно включает в себя контроллер, имеющий связь с инструментом для спускоподъемных операций, подъемником и первыми и вторыми исполнительными механизмами. В предпочтительном варианте осуществления контроллер выполнен с возможностью, по существу, автоматизации работы подъемника и первых и вторых исполнительных механизмов при соединении подъемника и трубного элемента. В другом предпочтительном варианте осуществления подъемник выполнен с возможностью соединения с внешней поверхностью промежуточного аксиального участка трубного элемента и в более предпочтительном варианте осуществления с, по меньшей мере, двумя различными промежуточными аксиальными участками трубного элемента. В другом предпочтительном варианте осуществления контроллер выполнен с возможностью, по существу, автоматизации работы инструмента для спускоподъемных операций, подъемника и первых и вторых исполнительных механизмов при соединении инструмента для спускоподъемных операций и трубного элемента. В другом варианте осуществления инструмент для спускоподъемных операций выполнен с возможностью соединения посредством трения с трубным элементом, при этом участок инструмента для спускоподъемных операций образует гидравлическое уплотнение с концом трубного элемента, когда инструмент для спускоподъемных операций соединен с трубным элементом.

Изобретение дополнительно относится к способу манипуляций трубными элементами, включающему в себя соединение внешней поверхности промежуточного аксиального участка трубного элемента с подъемником для трубных элементов, приведение в действие множества звеньев штропов, проходящих между подъемником и инструментом для спускоподъемных операций с трубными элементами для установки конца трубного элемента в инструмент для спускоподъемных операций, и соединение внешней поверхности другого участка трубного элемента с инструментом для спускоподъемных операций, включающее в себя приложение осевого усилия к концу трубного элемента в инструменте для спускоподъемных операций.

В одном варианте осуществления приложение осевого усилия к концу трубного элемента включает в себя приведение в действие гидроцилиндра или электрического исполнительного механизма для перемещения элемента с выемками захватывающего механизма относительно корпуса захватывающего механизма, обуславливающего соединение каждого из множества перекатывающихся элементов захватывающего механизма с трубным элементом. В другом варианте осуществления способ дополнительно включает в себя отсоединение подъемника для трубных элементов от трубного элемента и отсоединение инструмента для спускоподъемных операций от трубного элемента. В предпочтительном варианте осуществления отсоединение инструмента для спускоподъемных операций от трубного элемента включает в себя снятие осевого усилия, приложенного к концу трубного элемента в инструменте для спускоподъемных операций. В дополнительном варианте осуществления способ дополнительно включает в себя вращение трубного элемента посредством вращения инструмента для спускоподъемных операций, когда трубный элемент соединен с инструментом для спускоподъемных операций, включающее в себя приложение крутящего усилия к трубному элементу, при этом крутящее усилие составляет не менее около 6780 Нм (5000 фут.фунт).

Изобретение также относится к устройству для манипуляции трубными элементами, содержащему средство соединения с внешней поверхностью промежуточного аксиального участка трубного элемента, средство установки средства соединения для установки конца присоединенного трубного элемента в инструмент для спускоподъемных операций и средство приложения осевого усилия к концу трубного элемента в инструменте для спускоподъемных операций для соединения внешней поверхности другого участка трубного элемента с инструментом для спускоподъемных операций, при этом средство соединения, средство установки и средство приложения усилия будут понятны специалисту в данной области техники из описания и примеров вариантов осуществления, приведенных в данном документе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение можно лучше понять из следующего подробного описания с прилагаемыми чертежами. Согласно стандартной практике, принятой в отрасли, различные признаки вычерчены не в масштабе. Фактически размеры различных признаков могут быть произвольно увеличены или уменьшены для ясности рассмотрения.

На фиг.1A показан изометрический вид, по меньшей мере, части устройства по одному или нескольким аспектам настоящего изобретения.

На фиг.1B-G показаны изометрические виды устройства фиг.1A на последовательных этапах работы.

На фиг.2 показано сечение участка устройства фиг.1A-G.

На фиг.3A-D показана часть сечений устройства фиг.1A-G в ряде этапов работы.

На фиг.4 схематично показано устройство согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения.

На фиг.5A показана блок-схема последовательности операций, по меньшей мере, части способа по одному или нескольким аспектам настоящего изобретения.

На фиг.5B показана блок-схема последовательности операций, по меньшей мере, части способа по одному или нескольким аспектам настоящего изобретения.

На фиг.5 C показана блок-схема последовательности операций, по меньшей мере, части способа по одному или нескольким аспектам настоящего изобретения.

На фиг.6 показано сечение участка варианта осуществления устройства фиг.2.

На фиг.7A и 7B показаны изометрические виды варианта осуществления устройства, показанного на фиг.6.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следует понимать, что приведенное ниже описание раскрывает различные варианты осуществления настоящего изобретения. Конкретные примеры компонентов и устройств описаны ниже для упрощения понимания настоящего изобретения. Описание приводит только примеры и не является ограничивающим изобретение. Кроме того, в настоящем описании могут повторяться цифровые и/или буквенные позиции ссылки в различных примерах. Данное повторение имеет целью упрощение и придание ясности и само не диктует взаимосвязи между различными рассматриваемыми вариантами осуществления и/или конфигурациями. Кроме того, образование первого признака поверх или на втором признаке в следующем описании может включать в себя варианты осуществления, в которых первый и второй признаки образованы в прямом контакте, и могут также включать в себя варианты осуществлений, в которых дополнительные признаки могут быть выполнены противопоставленными первому и второму признакам, так что первый и второй признаки могут не находиться в прямом контакте.

На фиг.1 показан изометрический вид, по меньшей мере, участка устройства 100 согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения. Устройство 100 включает в себя инструмент 110 для спускоподъемных операций с трубными элементами, подъемник 120 для трубных элементов и компоновку 130 отклоняющихся штроп подъемника.

Инструмент 110 для спускоподъемных операций выполнен с возможностью приема трубного элемента 105 и, по меньшей мере, его временного захвата, соединения силами трения с ним или иного его удержания. Например, инструмент 110 для спускоподъемных операций можно выполнить для захвата или иного соединения с внутренней поверхностью трубного элемента 105, внешней поверхностью трубного элемента 105 или и с внутренней поверхностью и с внешней поверхностью трубного элемента 105, или его участками. Трение, с помощью которого инструмент 110 для спускоподъемных операций устанавливает соединение или иначе удерживает трубный элемент 105, может быть достаточным для несения безопасной рабочей нагрузки, составляющей, по меньшей мере, 5 тонн. Вместе с тем другие значения безопасной рабочей нагрузки для инструмента 110 для спускоподъемных операций также находятся в объеме настоящего изобретения.

Трение, с помощью которого инструмент 110 для спускоподъемных операций соединяется с трубным элементом 105 или иначе его удерживает, может также быть достаточным для приложения крутящего усилия к трубному элементу 105, такого, какое можно передавать через инструмент 110 для спускоподъемных операций от верхнего привода или других компонентов бурильной колонны. В являющемся примером варианте осуществления крутящий момент, который можно прикладывать к трубному элементу 105 инструментом 110 для спускоподъемных операций, может составлять, по меньшей мере, около 6780 нм (5000 фут.фунт), что может являться достаточным для "скрепления" соединения между трубным элементом 105 и другим трубным элементом. Крутящий момент, который можно прикладывать к трубному элементу 105, может дополнительно или альтернативно, составлять по меньшей мере, около 67800 нм (50000 фут.фунт), что может являться достаточным для "раскрепления" соединения между трубным элементом 105 и другим трубным элементом. Вместе с тем другие значения крутящего момента также находятся в объеме настоящего изобретения.

Трубный элемент 105 может быть элементом обсадной колонны ствола скважины, трубным элементом бурильной колонны, трубчатым элементом, элементом колонны насосно-компрессорных труб с муфтами и/или другим трубным элементом. Трубный элемент 105 может представлять собой однотрубку или предварительно собранную двойную или тройную свечу. В являющемся примером варианте осуществления трубный элемент 105 может представлять собой или включать в себя одну, два или три звена с муфтовыми или встроенными трубными замками или трубы с резьбой, которые можно использовать в качестве участка колонны насосно-компрессорных труб, обсадной колонны или бурильной колонны. Трубный элемент 105 может альтернативно быть или включать в себя секцию трубопровода, которую можно использовать в транспортировке жидких материалов и/или текучих сред. Трубный элемент 105 может альтернативно представлять собой или включать в себя один или несколько других трубных структурных элементов. Трубный элемент 105 может иметь сечение с кольцевым пространством, имеющим по существу цилиндрическую, прямоугольную или другую геометрическую форму.

В являющемся примером варианте осуществления, по меньшей мере, участок инструмента 110 для спускоподъемных операций является, по существу, аналогичным инструменту для спускоподъемных операций или устройству для работы с трубами, описанными в патенте США № 7445050 (Заявка № 11/410733) и в патенте США, заявка №11/619946 под названием "Устройство для работы с трубами", зарегистрированная 4 января 2007 г., каждый из которых полностью включен в данный документ в виде ссылки. Например, один или несколько принципов работы, компонентов и/или других аспектов устройств, описанных в документах, на которые выше дана ссылка, можно реализовать в одном или нескольких вариантах осуществления инструмента 110 для спускоподъемных операций в объеме настоящего изобретения.

Инструмент 110 для спускоподъемных операций выполнен с возможностью соединения или стыковки с верхним приводом или свечой бурильной колонны или компонентом. Например, как схематично представлено в являющемся примером варианте осуществления на фиг.1A, инструмент 110 для спускоподъемных операций может включать в себя стыковочное устройство 112, выполненное с возможностью совмещения, соединения или иной стыковки с шпинделем, корпусом и/или другим компонентом верхнего привода или компонентом бурильной колонны. В являющемся примером варианте осуществления стыковочное устройство 112 включает в себя одну половину в виде стандартного муфтово-ниппельного трубного замка, обычно используемого в буровых работах. Вместе с тем, другие стыковочные устройства также входят в объем настоящего изобретения.

Подъемник 120 также выполнен с возможностью приема трубного элемента 105 и, по меньшей мере, его временного захвата, соединения трением с ним или иного его удержания. Например, подъемник 120 может быть выполнен для захвата или иного соединения с внутренней поверхностью трубного элемента 105, внешней поверхностью трубного элемента 105 или внутренней поверхностью и внешней поверхностью трубного элемента 105 или его участка. Трение, с помощью которого подъемник 120 соединен с трубным элементом 105 или иначе удерживает его, может являться достаточным для несения безопасной рабочей нагрузки, составляющей, по меньшей мере, 5 тонн. Вместе с тем, другие значения безопасной рабочей нагрузки для подъемника 120 также находятся в объеме настоящего изобретения.

В являющемся примером варианте осуществления, по меньшей мере, участок подъемника 120 является, по существу, аналогичным инструменту для спускоподъемных операций с трубными элементами или другому устройству для работы с трубами, описанному в заявке на патент США № 11/410733 под названием "Устройство для спускоподъемных операций труб", зарегистрированной 25 апреля 2007 г., и в заявке на патент США № 11/619946 под названием "Устройство для работы с трубами", зарегистрированной 4 января 2007 г., или иначе, имеет один или несколько аналогичных аспектов или принципов работы. Вместе с тем, подъемник 120 может альтернативно включать в себя ряд башмаков, боковых опор и/или других фрикционных элементов, выполненных с возможностью радиального сжатия вокруг внешней поверхности трубного элемента 105 удержания трубного элемента 105 среди других конфигураций в объеме настоящего изобретения.

Хотя как инструмент 110 для спускоподъемных операций, так и подъемник 120 выполнены с возможностью соединения с трубным элементом 105, инструмент 110 для спускоподъемных операций выполнен с возможностью соединения и/или может приводиться в действие для соединения с концевым участком 105а трубного элемента 105 посредством радиального увеличения инструмента, обеспечивающего беспрепятственный проход концевого участка 105а трубного элемента 105 в инструмент 110, после чего захватывающие элементы инструмента соединяются с трубой на уменьшенном участке 105c. Вместе с тем, подъемник 120 выполнен с возможностью соединения и/или может приводиться в действие для соединения с промежуточным аксиальным участком 105b трубного элемента. Например, инструмент 110 для спускоподъемных операций может быть выполнен для соединения с радиально увеличенным заплечиком, часто выполняемым на обычных буровых замках, при этом подъемник 120 может быть выполнен для соединения с меньшим диаметром оставшейся длины замка.

Компоновка 130 отклоняющихся штроп подъемника включает в себя кронштейн 140, два исполнительных механизма 150, каждый из которых проходит между инструментом 110 для спускоподъемных операций и подъемником 120, и два других исполнительных механизма 160, каждый из которых проходит между кронштейном 140 и соответствующим одним из исполнительных механизмов 150. Альтернативное решение может включать в себя вращательный исполнительный механизм на конце шарнира 150a в соединении с линейным исполнительным механизмом 150. Концы каждого исполнительного механизма 150, 160 могут быть выполнены в виде поворотных шарниров, например, с включением в состав конструктивной проушины или крюка с закреплением в нем штифта или другого соединительного средства. Таким образом, концы 150a исполнительных механизмов 150 могут поворотно соединяться с инструментом 110 для спускоподъемных операций или промежуточной конструкцией, соединенной с инструментом 110 для спускоподъемных операций, и противоположные концы 150b исполнительных механизмов 150 могут поворотно соединяться с подъемником 120 или промежуточной конструкцией, соединенной с подъемником 120. Аналогично концы 160a исполнительных механизмов 160 могут поворотно соединяться с кронштейном 140, и противоположные концы 160b исполнительных механизмов 160 могут поворотно соединяться с исполнительными механизмами 150 или промежуточной конструкцией, соединенной с исполнительными механизмами 150.

В являющемся примером варианте осуществления, показанном на фиг.1A, конец 160b каждого исполнительного механизма 160 поворотно соединен с соответствующим кронштейном 155, который неподвижно закреплен относительно соответствующего исполнительного механизма 150 в промежуточном положении между концами 150a, 150b исполнительного механизма 150. Каждый кронштейн 155 может иметь U-образный профиль или иначе выполнен с возможностью приема и соединения поворотным шарниром с концом 160b соответствующего исполнительного механизма 160. Кронштейны 155 могут быть соединены с соответствующими исполнительными механизмами 150 одним или несколькими болтами 156, как показано на фиг.1A, хотя другое средство крепления можно также использовать.

Концевые точки 160a исполнительных механизмов 160 отнесены от концевых точек 150a исполнительных механизмов 150, так что выдвижение и втягивание штоков исполнительных механизмов 160 поворачивает исполнительные механизмы 150 относительно инструмента 110 для спускоподъемных операций. Например, концевые точки 160a, каждая, отнесены от связанных с ними концевых точек 150a в обоих направлениях X и Z согласно системе координат, показанной на фиг.1A. В других вариантах осуществления концевые точки 160a могут, каждая, быть отнесены от связанных с ними концевых точек 150a только в одном из направлений, X или Z, что также обеспечивает поворот исполнительных механизмов 150 относительно инструмента 110 для спускоподъемных операций (т.e. поворот вокруг оси, проходящей через обе концевые точки 150a, и параллельной оси Y системы координат, показанной на фиг.1A).

Каждый из исполнительных механизмов 150 и исполнительных механизмов 160 может представлять собой цилиндр линейного действия или включать в себя такой цилиндр с гидравлическим, электрическим, механическим, пневматическим или комбинированным управлением. В являющемся примером варианте осуществления, показанном на фиг.1A, каждый исполнительный механизм 150, 160 включает в себя цилиндрический корпус, из которого выходит одиночный цилиндрический шток (например, поршня). В других вариантах осуществления один или несколько исполнительных механизмов 150, 160 могут включать в себя многоступенчатый исполнительный механизм, включающий в себя несколько корпусов и/или цилиндров, возможно в телескопической конфигурации, с созданием увеличенной длины рабочего хода и/или более компактное решение, среди других возможных преимуществ.

В показанном варианте осуществления каждый исполнительный механизм 150 включает в себя цилиндр, соединенный с инструментом 110 для спускоподъемных операций, при этом шток выходит из цилиндра и соединяется поворотным шарниром с подъемником 120. Кроме того, каждый исполнительный механизм 160 включает в себя цилиндр, соединенный с кронштейном 140 инструмента 110 для спускоподъемных операций, при этом шток выходит из противоположного конца цилиндра и поворотно соединен с соответствующим кронштейном 155. Каждый кронштейн 155 соединен с цилиндром соответствующего исполнительного механизма 150 вблизи конца цилиндра, из которого выходит шток. Вместе с тем, другие конфигурации компоновки 130 отклоняющихся штроп подъемника также входят в объем настоящего изобретения.

Конфигурация, показанная на фиг.1A, может относиться к начальному или промежуточному этапу подготовки трубного элемента для наращивания бурильной колонны. Таким образом, исполнительные механизмы 160 могут быть выдвинуты для поворота исполнительных механизмов 150 от центральной осевой линии бурильной колонны, и исполнительные механизмы 150 могут быть выдвинуты для начальной установки подъемника 120 вокруг промежуточного аксиального участка 105b трубного элемента 105. На практике каждый трубный элемент 105 может иметь ограничитель 105c захвата подъемником, задающий аксиально промежуточный участок 105b, на котором подъемник 120 должны устанавливать перед захватом трубного элемента 105. В некоторых вариантах осуществления действие подъемника 120 с захватом трубного элемента 105 за ограничителем 105c (т.e. слишком близко к концу 105a) может механически повредить трубный элемент 105, таким образом, уменьшая его срок службы. В являющемся примером варианте осуществления ограничитель 105c может находиться в 0,6 м (два фута) от конца 105a трубного элемента 105 или, возможно, на расстоянии, составляющем около 5-10% общей длины трубного элемента 105. Вместе с тем, точное расположение ограничителя 105c может изменяться в объеме настоящего изобретения. Например, расстояние, отделяющее конец 105a трубного элемента 105 от ограничителя 105c захвата, может быть равно или, по меньшей мере, незначительно больше расстояния, на которое трубный элемент 105 должны вводить в инструмент 110 для спускоподъемных операций, как показано на последующих фигурах и описано ниже.

Исполнительные механизмы 150, 160 можно приводить в действие для установки подъемника 120 на промежуточном участке 105b трубного элемента 105, как показано на фиг.1A. Подъемник 120 можно затем привести в действие для захвата или иного соединения с трубным элементом 105. Затем, как показано на фиг.1B, исполнительные механизмы 160 можно привести в действие для поворота подъемника 120 и трубного элемента 105 к центральной осевой линии бурильной колонны и/или инструмента 110 для спускоподъемных операций, например, втягивая штоки исполнительных механизмов 160 и обуславливая поворот исполнительных механизмов 150 вокруг их точек 150a крепления. При продолжении данного перемещения конец 105a трубного элемента 105 устанавливается в нижнее отверстие инструмента 110 для спускоподъемных операций или вблизи него, как показано на фиг.1C. В являющемся примером варианте осуществления данное действие продолжается до выставления подъемника 120 и трубного элемента 105, по существу соосно с инструментом 110 для спускоподъемных операций, как показано на фиг.1D.

Во время последующих этапов данного процесса исполнительные механизмы 150 можно приводить в действие для вставления конца 105a трубного элемента 105 в инструмент 110 для спускоподъемных операций, как показано на фиг.1E, 1F и 1G. Например, штоки исполнительных механизмов 150 можно втягивать для втягивания конца 105a трубного элемента 105 в инструмент 110 для спускоподъемных операций. Как показано на фиг.1G, штоки исполнительных механизмов 150 и исполнительных механизмов 160 можно полностью втянуть, так что значительный участок конца 105a трубного элемента 105 может быть вставлен в инструмент 110 для спускоподъемных операций. Инструмент 110 для спускоподъемных операций может быть выполнен для соединения затем с трубным элементом 105 так, что трубный элемент 105 удерживается даже при последующем отсоединении подъемника 120 от трубного элемента 105.

После полного вставления конца 105a трубного элемента 105 в инструмент 110 для спускоподъемных операций и соединения с ним на участке инструмента 110 для спускоподъемных операций может создаваться гидравлическое уплотнение с концом 105a трубного элемента 105. Например, один или несколько фланцев и/или других уплотняющих компонентов внутри инструмента 110 для спускоподъемных операций могут устанавливаться в конце 105a трубного элемента 105 и/или вокруг него для выполнения гидравлического уплотнения. Такие уплотняющие компоненты могут, по меньшей мере, частично включать в себя резину или другой податливый материал. Уплотняющие компоненты могут дополнительно или альтернативно включать в себя металлический или другой не податливый материал. В являющемся примером варианте осуществления уплотняющие компоненты могут включать в себя резьбовые соединения, такие как обычное соединение муфты с ниппелем.

Способ, последовательно показанный на фиг.1A-G, можно использовать для отбора секции бурильной колонны или другого трубного элемента (например, трубного элемента 105) из трубного стеллажа, другой структуры хранения, грузоподъемного инструмента и/или другой структуры, и установки затем звена в бурильную колонну или другую колонну трубных элементов. Вместе с тем, способ, последовательно показанный на фиг.1A-G, можно также реверсировать для удаления трубного элемента из колонны и, например, установки удаленного трубного элемента на трубный стеллаж и/или другую структуру.

Во время выполнения таких способов инструмент 110 для спускоподъемных операций можно приводить в действие для соединения с трубными элементами, устанавливаемыми в бурильную колонну или удаляемыми из нее. На фиг.2 показано сечение, по меньшей мере, участка, являющегося примером варианта осуществления инструмента 110 для спускоподъемных операций согласно одному или нескольким аспектам настоящего изобретения. Инструмент 110 для спускоподъемных операций включает в себя элемент 210 с выемками, элемент 220 со щелями или иначе перфорированный и множество перекатывающихся элементов 230.

Трубный элемент 105 может не быть одинаковым по размерам или иначе идеальным. То есть трубный элемент 105 может не быть правильным цилиндром круглого сечения, так что все точки на внешней поверхности трубного элемента в некотором осевом положении могут не образовывать правильной окружности. Альтернативно или дополнительно, трубный элемент 105 может не являться правильным цилиндром, так что все точки внешней поверхности могут не находиться на равном расстоянии от продольной оси 202 инструмента 110 для спускоподъемных операций, и/или трубный элемент 105 может не иметь идеальной соосности, так что оси всех элементов сечения внешней поверхности могут не совпадать с продольной осью 202.

Элемент 210 с выемками может быть, по существу, цилиндрическим или представлять собой элемент другой формы с множеством выемок 214, выполненных в нем. Перфорированный элемент 220, обычно щелевой, но не ограниченный такой конфигурацией, может представлять собой или включать в себя, по существу, цилиндрический или другой формы кольцевой пространственный элемент с множеством щелей (или отверстий другой формы) 222, выполненных в нем. Каждая щель 222 выполнена с возможностью взаимодействия с одной из выемок 214 элемента 210 с выемками для удержания одного из перекатывающихся элементов 230. Каждая выемка 214 и щель 222 выполнены так, что когда перекатывающийся элемент 230 перемещается дополнительно от максимальной глубины 214a выемки 214, перекатывающийся элемент 230 выступает дополнительно через щель 222 и за периметр 224 элемента 220 со щелями, и когда перекатывающийся элемент 230 перемещается к максимальной глубине 214a выемки 214, перекатывающийся элемент 230 также перемещается к убранному положению во внутреннем периметре 224 элемента 220 со щелями.

Каждая щель 222 может иметь овальный или другой удлиненный профиль, так что каждая щель 222 имеет длину больше ширины. Длина щели 222 находится в направлении продольной оси 202 инструмента 110 для спускоподъемных операций. Стенки каждой щели 222 могут сужаться на конус радиально внутрь.

Каждая выемка 214 может иметь ширину (нормально листу фиг.2), по меньшей мере, приблизительно равную или незначительно больше ширины или диаметра каждого перекатывающегося элемента 230. Каждая выемка 214 может также иметь длину больше минимальной длины щели 222. Ширина или диаметр перекатывающегося элемента 230, по меньшей мере, превышает ширину внутреннего профиля щели 222.

Поскольку каждая щель 222 является удлиненной в направлении конусного сужения выемок 214, каждый перекатывающийся элемент 230 может выступать из элемента 220 со щелями на независимую величину на основе параметров размеров находящегося вблизи трубного элемента 105. Например, если внешний диаметр трубного элемента 105 меньше вблизи конца 105а трубного элемента 105, перекатывающийся элемент 230, ближе всего расположенный к концу 105a трубного элемента 105, выступает из элемента 220 со щелями на большее расстояние, чем выступает из элемента 220 со щелями перекатывающийся элемент 230, ближе всего расположенный к центральному участку трубного элемента 105.

Каждый из перекатывающихся элементов 230 может представлять собой или включать в себя по существу сферический элемент, такой как стальная шаровая опора. Другие материалы и формы также входят в объем настоящего изобретения. Например, каждый из перекатывающихся элементов 230 может альтернативно являться цилиндрическим или коническим валиком, выполненным с возможностью перекатываться вверх и вниз по рампам, образованным выемками 214.

На фиг.3A показана часть сечения устройства 100 фиг.1A-G, включающая в себя вариант осуществления инструмента 110 для спускоподъемных операций, показанного на фиг.2. На фиг.3A показано устройство 100, включающее в себя инструмент 110 для спускоподъемных операций с трубными элементами, подъемник 120 для трубных элементов и компоновку 130 отклоняющихся штроп подъемника фиг.1A-G. На фиг.3A дополнительно показан элемент 210 с выемками и перекатывающиеся элементы 230 варианта осуществления инструмента 110 для спускоподъемных операций, показанного на фиг.2. Вариант осуществления устройства 100, показанный на фиг.3A, вместе с тем, может включать в себя дополнительные компоненты, которые не показаны для ясности, но, необходимо понимать, также существуют.

Кроме того на фиг.3A также показано, что инструмент 110 для спускоподъемных операций может включать в себя механизм 310 предварительного нагружения. Механизм 310 предварительного нагружения выполнен с возможностью приложения осевой силы к концу 105a трубного элемента 105 после вставления трубного элемента 105 на достаточное расстояние в инструмент 110 для спускоподъемных операций. Например, в показанном варианте осуществления механизм 310 предварительного нагружения включает в себя блок 315 стыковки с трубным элементом, исполнительный механизм 320 и блок 325 стыковки с инструментом спуска. Блок 315 стыковки с трубным элементом может представлять собой или включать в