CN102016225A - 钻杆旋拧器装置 - Google Patents

Abstract

一种钻杆旋拧器装置，包括支架，具有第一端和第二端的第一半底盘，所述第一半底盘在所述第一端与所述支架可旋转配合，第一夹持辊可操作的与所述第一半底盘的第二端连接。第二半底盘包括第一端和第二端，所述第二半底盘在所述第一端与所述支架连接。第二夹持辊可操作的与所述第二半底盘的第二端连接。旋转驱动器组件固定在所述支架上。柔软带子可操作的与所述旋转驱动器组件连接。当所述第一半底盘相对于所述支架旋转时，惰辊组件保持所述柔软带子和所述旋转驱动器的接合。

Description

钻杆旋拧器装置

技术领域

本发明公开了钻探装置，特别是公开了用于在钻杆柱中的钻杆之间安装和拆卸连接的装置。

背景技术

钻探设备(drilling rigs)常常被用于在不同的底土层(substrates)钻洞。这样的钻探设备常常包括安装到通常垂直导向的桅杆(mast)上的钻头。这种设备常常包括机械设施和装置，这些机械设施和装置能够沿着至少所述桅杆的一部分移动所述钻头(drill head)。钻头通常进一步包括容纳和接合钻头或钻管上端的机械设置。钻杆或钻管可以是单个的钻头或钻管，或可以是一种钻杆柱(drill string)的一部分，这种钻杆柱包括在相对端的一个切割钻头(cutting bit)或其他装置，其可以被称为钻头端(bit end)。对于一种钻杆柱，该钻杆柱可包括多个钻杆，每个钻杆具有比桅杆可用长度更短的长度。

钻头也对钻杆或钻管施加力，并传递到钻杆柱上。如果施加的力是旋转力，钻头可进而使钻杆柱在钻孔内旋转。钻杆柱的旋转可包括切割钻头的相应旋转，这接着又带动了钎头(drill bit)的切割。钻头施加的力也可包括通常的向下的力，这种力可以传递给钻杆柱使其更易穿透底土层。

在典型的钻探作业过程中，钎头的穿透深度比单独一根钻杆的穿透深度要深，钻杆的头部与钻头相配合，而钻杆的钻头端与另一钻杆的头部相配合。钻杆之间的接合部位可称为接头(joint)。钻头从上部位置开始被推进直到其到达桅杆的下端。钻头一到达桅杆的下端，就用夹具或其它装置夹住钻杆柱保持其与桅杆的相对位置。

然后，通常在钻架旁边的工作人员需要用一个破开工具在夹具和接头之间施加力。然后，通过钻头的反向旋转将钻头和第一钻管之间的接头分离(破开)。然后，钻头升到桅杆的上端准备与另一钻管接合。然后通过钻架专用的管道处理装置将一个新长度的钻管沿着桅杆的中心线定位，并且将钻头旋转配合至新的钻管上使其达到制造者确定的扭矩。然后降低钻头使钻管下端(凸起)与钻杆柱上端(凹入)接合，然后新的钻管被手动的旋转进暴露在外的钻管的上部以准确的制成接头并通过钻头扭转到制造者确定的扭矩。因为要不断的钻孔以到达所需深度，因此上述过程会不断的重复。该过程会浪费很多时间，而且使操作人员距离钻架过近，这对操作人员是非常不利的。进一步讲，重复的手动操作使操作人员可能承受伴随着这种重复性活动而来的受伤的风险。类似的操作也发生在从钻杆柱移除钻杆的操作过程中，而且该操作也可能同样是浪费时间和折磨操作人员的。

本发明要求保护的主题不限于如上所述的解决缺陷或只在环境中操作的实例。更确切地，这个背景只是用来提供示意的一个示例技术领域，在这个领域在此描述的一些例子可能是实用的。

发明内容

本概要用以以一种简单的形式对概念的选择进行介绍，下面具体实施方式部分则进一步详细描述。本概要的目的并非用于确定要求保护的主题的关键特征或必要特点，其目的也不是用于辅助确定要求保护的主题的保护范围。

在至少一个例举的实施例中，钻杆旋拧器装置包括支架，具有第一端和第二端的第一半底盘——所述第一半底盘在第一端与支架旋转配合，和与第一半底盘的第二端可操作连接的第一夹持辊。一第二半底盘包括第一端和第二端，第二半底盘以其第一端与支架相配合。一第二夹持辊可操作的与第二半底盘的第二端相连。一旋转驱动器组件固定在支架上。一柔软带子可操作的与旋转驱动器组件连接。当第一半底盘相对于支架旋转时，一惰辊组件维持着柔软带子和旋转驱动器之间的接合。

根据另一个例举的实施例，钻杆旋拧器装置包括旋转驱动器组件，与夹紧结构相连的第一夹持辊，第二夹持辊，惰辊组件，以及与旋转驱动器组件和惰辊组件、第一夹持辊、第二夹持辊接合的柔软带子。惰辊组件设置为与第一夹持辊和第二夹持辊协同作用以驱动柔软带子带动细长部件相对于临近的细长部件旋转，并将细长部件拉入第一夹持辊的夹紧结构，以实现相对于临近的细长部件扭转所述细长部件的目的。

在另一个例举的具体实施例中，旋拧细长部件的方法包括移动钻杆旋拧器装置将其与细长部件接合，钻杆旋拧器装置包括旋转驱动器组件，与夹紧结构相连接的第一夹持辊，第二夹持辊，惰辊组件，以及与旋转驱动器组件和惰辊组件接合的柔软带子。该方法也包括使旋转驱动器组件以第一速度旋转以驱动柔软带子、带动细长部件旋转，和使旋转驱动器组件以第二速度旋转以将细长部件拉入到与至少第一夹持辊和第二夹持辊中的一个相连的夹紧结构中，以便对与第一夹持辊和第二夹持辊中的至少一个有至少部分连接的细长部件施加扭矩，所述第二速度低于所述第一速度。

本发明公开的上述特征和其它特征可以通过下述描述和附后的权利要求更加清楚了解，或可以通过对下文详述的公开内容的具体应用加以了解。

附图说明

为了进一步明确本发明揭示的上述的以及其它的优点和特征，对本发明更详细的描述需要参照在附图中图示的具体实施例。本领域的技术人员很容易从中领会到本发明的附图只是描述了一些典型的例子，因此不应被认为是对其范围的限制。本发明可以用附加的特性和细节通过使用下述附图进行描述和解释。

图1A是根据一个具体实施例的连接有钻杆旋拧器装置的钻架的示意图；

图1B是根据一个具体实施例的在桅杆下端附近带有钻头的钻架的示意图；

图1C是通过钻杆旋拧器装置将新的钻杆与钻杆柱配合的钻架的示意图；

图2A是根据一个实施例的钻杆旋拧器装置的透视图；

图2B是根据一个实施例的钻杆旋拧器装置的部分平面图；

图2C是根据一个实施例的钻杆旋拧器装置的部分透视图；

图3A是根据一个实施例的在打开位置并接近于钻杆的钻杆旋拧器装置的示意图；

图3B是根据一个实施例的部分接合钻杆的钻杆旋拧器装置的示意图；

图3C是根据一个实施例的全部接合钻杆的钻杆旋拧器装置的示意图；

图3D是根据一个实施例的正在旋转钻杆的钻杆旋拧器装置的示意图；

图4A是根据一个实施例的连接有钻杆旋拧器装置的钻架的正视图；

图4B是根据一个实施例的连接有钻杆旋拧器装置的钻架的正视图。

具体实施方式

本发明在此提供了一种钻杆旋拧器装置，配置成安装和/或拆卸钻杆之间的接头，使钻杆插入和/或移除钻杆柱的操作这一钻探作业中的步骤更加方便。在至少一个例举的实例中，钻杆旋拧器装置设置成与不同尺寸和/或形状的细长部件比如钻杆接合。钻杆旋拧器装置可包括由旋转驱动器装置带动的柔软的带子。该柔软带子围绕着一定数量的滑轮行进，包括围绕两个夹固式滑轮或位于两个夹固式滑轮中间。设置在两个夹固式滑轮中间的该柔软带子可以形成一个接合有细长部件的回路。比如，夹固式滑轮可以配合一个铰接的，具有在休息状态(rest state)和接合状态(engaged state)转换的两部件的基座，休息状态对应于滑轮分开，接合状态对应于滑轮相互靠近。滑轮和带子的关系使得带子可以自动的接合细长部件并对其施加旋转力。

进一步的，在将要安装钻杆的钻探作业过程中，钻杆旋拧器装置的结构在过程的第一阶段快速旋转一个已接合的钻杆，将其与邻近的钻杆接在一起，然后无痕过渡到第二阶段，自动的扭转钻杆到所需的扭矩。类似的，钻杆旋拧器装置在移除钻杆过程的第一阶段可以扭转钻杆以拆开钻杆及其邻近钻杆的接头，然后无痕过渡到第二阶段将钻杆与邻近钻杆快速脱离。

图1A是连接钻杆旋拧器装置200的钻探设备100的局部正视图。在此图例中，钻探设备100包括支撑钻头120的桅杆110。特别的，钻头120在桅杆110的上端110A与下端110B之间移动时，桅杆110支撑钻头120。虽然桅杆110在图中是垂直放置，但是本领域技术人员可以很容易的领会到所述桅杆110可以以任何需要的角度放置。钻头120能够与可包含任何数量钻杆140的钻杆柱130可操作的连接。钻头120包括凹凸配合特征以便在钻杆140的上端140A或头部接合相应的凹凸配合特征。在至少一个例举的实例中，钻头120包括凸起特征，例如外螺纹，而钻杆140的头部140A包括凹入特征，例如内螺纹。据此，钻杆140的凹入特征可以与钻头120的凸起特征旋转接合。

进一步的，钻杆140的钻头端(bit end)140B可以包含凸起特征，例如外螺纹，该特性可以使增加的钻杆以类似的方式配合形成钻杆柱130。相邻钻杆的结点可以被称为接头145。虽然上端(顶端)被描述为具有凸起特征，比如外螺纹，下端(钻头端)被描述为具有凹入特征，例如内螺纹，但是单独的钻杆可以与其它钻杆以任何方式凹凸配合。钎头(drill bit)150能够与钻杆柱130的下端可操作的连接。钻头120对钻杆柱130施加的力中至少有一部分传递到钎头150上，使其钻过底土层160破土前进。施加到钻杆柱130上的力可以包括但不限于旋转力、下冲力、敲击力和/或振动力以及各种力的组合。

为了便于查考，以下的实施例的讨论将以钻头对钻杆柱130施加旋转力和下冲力并传递给钎头150为例。在至少一个例举的实施例中，旋转力描述为向第一方向旋转的力，比如可以是顺时针方向旋转。为了便于查考，第二方向，比如逆时针方向也将被描述。这些指定都是任意的，该装置可以以所希望的方向旋转。

如前所述，钻探设备(rig)100包括使钻头120相对于桅杆110移动的机械和/或装置。该移动包括在钎头150钻入底土层160时，钻头120向下的移动。在至少一个例举的实施例中，钻探设备100包括夹紧机构，如图示中的夹紧装置170，以及与其可操作的连接在一起的钻杆旋拧器装置200。在钻探作业中，夹紧装置170和钻杆旋拧器装置200都可能从钻杆柱130上松脱，使得钻杆柱可能自由活动。如下面详细介绍的，钻杆旋拧器装置200在第一阶段可以用于快速旋转钻杆使其与相邻的钻杆结合，并且无痕过渡到第二阶段，在该第二阶段该钻杆被扭转到另一钻杆以保护这两个钻杆的接头。

特别的，如图1B所示，钻头120可以下降到桅杆110的有效范围的下端110B。当钻头120到达桅杆110的下端110B，可以设置夹紧装置170用足够大的力夹紧钻杆140使其在钻头120沿第二方向旋转时无法旋转。当钻头120沿第二方向旋转时，钻头120就从钻杆140上脱离下来了。

然后，如图1C所示，钻头120可以向桅杆110的上端110A移动。然后，一个杆搬运装置180可以给钻头120配合另一钻杆140’，在至少一个实施例中，一个杆搬运装置180可以通过在该另一钻杆140’和钻头120之间建立相对转动来配合该另一钻杆140’到该系统中，因此使得钻头120的外螺纹与该另一钻杆140’的内螺纹接合的方式将该另一钻杆140’装入系统。

然后，钻头120降低到另一钻杆140’的下端110B’与钻杆140的上端110A相对的位置。由于钻杆140’的下端110B’与钻杆140的上端110A位置接近，当夹紧装置170夹紧钻杆140时，钻杆旋拧器装置200可以用来接合另一钻杆140’。

然后，如下面详细介绍的，钻杆旋拧器装置200可以旋转该另一钻杆140’将其与钻杆140接合，并以预定扭矩将该另一钻杆140’扭转到该钻杆140。对另一钻杆140’的旋转和扭转要快速并且自动的完成，并且不用操作人员(operator)靠近桅杆。这样，钻杆旋拧器装置200就可以减少接合加入的钻杆所花费的时间，同时增加了安装操作的安全性，比如减少了与旋转和/或扭转钻杆相关的人工重复动作。一个典型的钻杆旋拧器装置各部件的结构和相互作用将以图2A至2C为参考被首次讨论。然后，钻杆旋拧器装置的操作将以图3A至3C为参考进行讨论。

图2A是根据一个实施例在接合状态下钻杆旋拧器装置200的示意图。如图2A所示，钻杆旋拧器装置200包括相对的底盘205，210，并可以固定到支架212上，该支架212可以固定到钻架上，或是作为钻架的一部分。钻杆旋拧器装置200包括第一端213和第二端214。钻杆旋拧器装置200还包括为下述一个或多个部件提供动力的旋转驱动器装置215。

在至少一个例举的实施例中，旋转驱动器装置215可以是水压驱动电机，该水压驱动电机将水能转化为驱动装置或齿轮的旋转运动。钻杆旋拧器装置200还包括水平驱动器217A，217B，比如活塞，所述水平驱动器217A，217B驱动钻杆旋拧器装置在图2A和图2B所示的位置之间运动。所述水平驱动器217A和217B可以分别位于钻杆旋拧器装置的第一侧218和第二侧219。

如图2B所示，底盘205(图2A)包括第一半底盘205A和第二半底盘205B。图2B图示了去掉底盘210和旋转驱动器装置215的钻杆旋拧器装置200的平面图。在至少一个例举的实施例中，底盘205可以与底盘210对称，因此关于底盘205的描述也适用于底盘210。虽然介绍的是两个半底盘205A，205B都运动的情况，但是本领域的技术人员能很容易的领会到单一的半底盘可以相对于一个静止的半底盘旋转以提供上述类似的功能。

水平驱动器217A，217B分别以一端附在支架212上，分别以另一端附在对应的两个半底盘205A和205B上。第一半底盘205A和第二半底盘205B轮流与支架212以旋转方式配合。其结果是，水平驱动器217A和217B伸长到第二端214，驱动第一半底盘205A和205B旋转，使其水平推进，同时向钻杆旋拧器装置200的中心线241拖曳第一和第二半底盘205A和205B的部件。如下将详细讨论，第一半底盘205A与第二半底盘205B的所述水平推进和靠拢决定了多个部件的位置，使得钻杆旋拧器装置200接合和旋转细长部件。

这些各个部件除了其它部件以外，还包括与旋转驱动器装置215(图2A)可操作的连接的锯齿状小齿轮220和柔软带子225。柔软带子225缠绕并且/或者接合锯齿状小齿轮220，惰轮组件230A、230B，枢轴式辊235A、235B，以及夹持辊240A、240B。特别的，柔软带子225包含内侧部分225A和外侧部分225B。内侧部分225A接合锯齿状小齿轮220，枢轴式辊235A、235B，以及夹持辊240A、240B；而外侧部分接合惰辊组件230A、230B。

惰轮组件230A、230B各自包括连接臂245A、245B，连接臂245A、245B通过枢轴247A、247B分别旋转固定于半底盘205A、205B上。惰轮组件230A、230B的每一个包括与连接臂245A、245B配合的，在枢轴247A、247B另一边的惰辊250A、250B。因此，连接臂245A、245B绕枢轴247A、247B旋转。

一个偏置元件252，比如弹簧，可以与连接臂245A，245B配合。在至少一个例举的实施例中，偏置弹簧252可以在连接臂245A、245B上靠近惰辊250A、250B的位置与连接臂245A、245B配合。偏置弹簧252设置成对连接臂245A、245B施加一个向中心线241方向趋向于拖曳惰辊250A、250B的偏置力。

枢轴式辊235A、235B经过连接臂255A、255B与夹持辊240A、240B配合。夹持辊240A、240B经过枢轴257A、257B与半底盘205A、205B旋转配合。因此，连接臂255A、255B和随之的枢轴式辊235A、235B绕枢轴257A、257B旋转。

柔软带子225的位置可以至少部分取决于上述各辊的位置，而这些辊的位置也可以相应的由半底盘205A、205B的位置决定。半底盘205A、205B包括向内弯曲部分242A、242B，所述向内弯曲部分242A、242B逐渐过渡到靠近钻杆旋拧器装置200的第二端214的调整片243A、243B。夹持辊240A、240B可以位于或靠近调整片240A、243B。这样一种设置在水平驱动器217A、217B用于向图2A所示的接合部位移动设备时，可以水平推进调整片243A、243B。

这种移动导致了第一夹持辊240A和第二夹持辊240B之间距离的缩短。当调整片243A、243B被带向中心线241时，向内弯曲部分242A、242B形成凹部244，如图2A所示。所述凹部244可以形成钻杆或其它细长部件进入半底盘205A、205B内的所需尺寸，从而使其穿过钻杆旋拧器装置200，以使柔软带子225和夹持辊240A、240B与该细长部件接合。

柔软带子225包括内侧部分225A和外侧部分225B。如图2C所示，至少内侧部分225A的一部分可以包括齿260，而至少外侧部分225B的一部分可以是无齿的。进而，柔软带子225的内侧部分225A和/或外侧部分225B可进行防滑处理，以增加钻杆旋拧器装置200对钻杆的夹紧力。

进一步的，钻杆旋拧器装置200也可包含用于方便钻杆与钻杆之间和/或钻杆与钻头之间的旋转和/或扭转的一些特征。例如，柔软带子225可以包括破冰特征，特别的，如图2C所示，柔软带子225可以包括在柔软带子225外侧部分225B嵌入多个独立柱头螺栓265的带镶嵌部位262。柱头螺栓个体可包括金属柱头螺栓，比如钨柱头螺栓。所述柱头螺栓可以用于破碎钻杆上的冰。类似的，这样的柱头螺栓可以用于增加柔软带子225与被带入并与其紧密接触的钻杆之间的夹紧力。在至少一个例举的实施例中，带镶嵌部位262可以在长度约50mm的范围。

在至少一个例举的实施例中，上述特征可以包括至少配合夹持辊240A、240B中的至少一个的夹紧结构270。所述夹紧结构270可以包括多个单独的夹紧结构或者集体的夹紧结构。进一步的，夹紧结构可以固定在每个夹持辊240A、240B的顶部和/或底部。

在图示的实施例中，连接着夹持辊240A、240B的夹紧结构270包括复数个高摩擦的插入物，比如钨的插入物，以固定每个夹持辊240A、240B的顶部和底部。如下将详细描述，柔软带子225和夹持辊240A、240B协同合作以形成和拆开接头。先来讨论形成接头的操作。

图3A是根据一个实施例接合钻杆300的第一个步骤的示意图。如前所述，钻杆可以下述方式固定于钻杆柱，即先将钻杆上端与一钻头配合，然后将钻杆的下端定位于钻杆柱内的上部钻杆的上端。一旦另一钻杆被固定在钻头上并因此被定位，那么下面将详述此时钻杆旋拧器装置200的使用。为了便于查考，图示了只有一个钻杆300的情况。

钻杆300一般性的代表了钻杆旋拧器装置200和任一细长部件的相互关系，使得钻杆旋拧器装置200与钻杆300的讨论可以适用于参考图1A～1C的上述讨论的系统以及任何细长部件。虽然图示中是圆形截面的钻杆300，但对于本领域技术人员可以很容易的领会到钻杆旋拧器装置200可以用于任何长形构件情况，包括通常不是圆形截面形状的钻杆。

如图3A所示，当半底盘205A、205B处于分开状态，起始时夹持辊240A、240B可与钻杆300水平错移。从图示状态，夹持辊240A、240B被水平推进使得钻杆旋拧器装置200移动到达图3A所示位置。为了便于查考，以下描述一种水平接合，在该水平接合中，钻杆旋拧器装置200和半底盘205A、205B接近垂直于待接合钻杆。

在至少一个例举的实施例中，水平驱动器217A、217B被设置成用于推进夹持辊240A、240B到图3B中的相对位置。虽然水平驱动器217A、217B被描述为通常定位于钻杆旋拧器装置200上，以及在特殊情况下定位于夹持辊240A、240B上，但对于本领域的技术人员可以很容易领会其它的装置或驱动器也可以用于将钻杆旋拧器装置200与钻杆300接合。

当夹持辊240A、240B相对于钻杆300水平前进时，由于柔软带子225开始缠绕钻杆300，增加了钻杆300与柔软带子225的接触。虽然柔软带子225可以足够柔软使其可以缠绕在上述的各种辊上行进，但柔软带子225的长度是不可伸长的。因此，当柔软带子225缠绕在钻杆300上，柔软带子225的一部分长度就被占用了。连接臂245A、245B可以被向外拔出以调和接合了另一钻杆300的柔软带子225的长度的一部分。

水平驱动器217A、217B可以进一步设置为移动夹持辊240A、240B到图3C所示位置。如图3C所示，当水平驱动器217A、217B水平推进时，钻杆300将被定位于向内弯曲部分242A、242B内部。进一步的，如图3C所示，枢轴式辊235A、235B可以相对于枢轴257A、257B转动，以适用于柔软带子225与钻杆300之间的接合。因此，惰轮组件230A、230B和/或枢轴式辊235A、235B相对于半底盘205A、205B的转动可以允许钻杆旋拧器装置200自动的调整以容纳和接合具有不同形状和尺寸的钻杆。

当钻杆旋拧器装置200与钻杆300接合，钻杆300定位于凹部244内(图2A)使得钻杆在夹持辊240A、240B的内部并至少部分的被柔软带子225缠绕，这就使得柔软带子225在钻杆300周围形成部分的回路。

如图3D所示，惰辊235A、235B和枢轴辊250A、250B可转变为完全适合一部分带子，该部分是柔软带子被转动时，在柔软带子的未接合上/重又接合上的部分可能另外被松弛的部分。这个操作可以使带子与小齿轮220之间始终保持最大接触。当锯齿状小齿轮220旋转时，柔软带子225被驱动向一个相应方向转动。在至少一个例举的实施例中，被驱动的锯齿状小齿轮220可以以相对高的速度转动，以使钻杆300以沿顺时针方向旋转并转到与钻杆柱顶部的钻杆相接合。这第一旋转，可以称为第一阶段，快速的出现在当柔软带子225能够以相对小的扭矩快速旋转时。

当钻杆完全接合时，就开始了第二阶段。特别的，旋转驱动器装置215的进一步操作导致柔软带子225完全拉紧或停转。当柔软带子225完全拉紧时，柔软带子225上的拉力将钻杆300向夹持辊240A、240B方向拉动并使其与夹紧结构270接合，这可包括当拖拽枢轴式辊235B到图3C所示位置时在夹持辊240A、240B上的钨插入物的接合。夹紧结构270可以对钻杆300提供更大的夹紧力。这个在夹持辊240A、240B和钻杆300间的更大的夹紧力在夹持辊240A、240B和柔软带子225以相对低的速度旋转时可以允许有增加的扭矩。第一阶段的高速旋转与第二阶段的低速旋转之间的过渡可以无痕进行，这是因为在带子拉紧的过程中水泵的压强可以平稳的变化。进而，在至少一个例举的实施例中，可以设置夹持辊240A、240B的尺寸使接头扭转到所希望的水平。在至少一个例举的实施例中，最终接头的扭矩可能介于约1200Nm或更少到约1500Nm或更多，对应于水压为约10,000kPa或更少到约18,000kPa或更多。

接头的扭矩可以根据需要选择，也可以自动获得。比如，如前所述，旋转驱动器装置300可以是一个向锯齿状小齿轮提供旋转驱动力的水压驱动电机。结果，旋转驱动器装置300可以包括水压安全阀。可以根据希望应用于接头的扭矩大小选择该水压安全阀的卸压。因此，当旋转驱动器电路的水压卸载时，可以获得接头扭矩。一旦钻杆300被适当的扭转，水平驱动器217A、217B可以将钻杆旋拧器装置转回休息状态，打开柔软带子225。

钻杆旋拧器装置200也可以接合一个直径比图3C的钻杆300直径小的钻杆。特别的，偏置元件252可以对惰轮组件230A、230B施加如上所述的偏置力。该偏置力和带子的张力然后可以向中心线241执行拖拽惰辊250A、250B并且/或者执行旋转连接臂255A、255B及与其相连的枢轴式辊235A、235B以调和柔软带子225的全长，这可以帮助确保柔软带子225与钻杆接合。因此，钻杆旋拧器装置200设置成与钻杆或其它不同尺寸和/或形状的长形构件接合。

对于这一点，钻杆旋拧器装置200已在钻杆加入到钻杆柱的钻探作业中被讨论。钻杆旋拧器装置200也可以用于钻杆柱被移除的钻探作业中。

图4A为移除了钻杆140的钻探设备100的示意图。特别的，在此操作中，钻头120可以定位于桅杆110使得钻杆140的上端140A刚好高于夹紧装置170。然后，夹紧装置170可以夹紧钻杆的上端140A。接着，钻头120可以沿第二方向旋转以松开钻头120与钻杆140的结合，而不会使钻杆140完全脱离钻头120。

然后，如图4B所示，钻头120可以向桅杆110的上端110A移动以便在夹紧装置170和钻杆旋拧器装置200之间定位接头145。夹紧装置170可以再夹紧钻杆140和被开动以接合钻杆140的钻杆旋拧器装置200。

然后可以使用钻杆旋拧器装置200。特别的，回到图3C，驱动锯齿状小齿轮220相对于细长部件逆时针旋转。夹紧结构270可以在低速状态下对钻杆140施加大的扭矩以打开接头145(见图4B)。一旦接头145被打开，锯齿状小齿轮220可以以更高的速度从钻杆柱150上解开钻杆140。锯齿状小齿轮220可以继续旋转直到打开接头145。然后，升起钻头120(见图4B)，以便可以用杆搬运装置或系统移除钻杆140。

本发明提供了一种钻杆旋拧器装置用于安装和/或拆卸钻杆之间的接头，使钻杆插入和/或移除钻杆柱这一钻探作业中的步骤更加方便。在至少一个例举的实施例中，钻杆旋拧器装置设置成与不同尺寸和/或形状的细长部件比如钻杆接合。钻杆旋拧器装置可以包括由旋转驱动器装置带动的柔软的带子。该柔软带子围绕着一定数量的滑轮行进，包括围绕两个夹固式滑轮或位于两个夹固式滑轮中间。设置在两个夹固式滑轮中间的该柔软带子可以形成一个接合有细长部件的回路。比如，夹固式滑轮可以配合一个铰接的，具有在休息状态和接合状态转换的两部件的基座，休息状态对应于滑轮分开，接合状态对应于滑轮相互靠近。滑轮和带子的关系使得带子可以自动的接合细长部件并对其施加旋转力。进一步的，在将要安装钻杆的钻探作业过程中，钻杆旋拧器装置的结构在过程的第一阶段快速旋转一个已接合的钻杆，将其与邻近的钻杆接在一起，然后无痕过渡到第二阶段，自动的扭转钻杆到需要的扭矩。类似的，钻杆旋拧器装置在移除钻杆过程的第一阶段可以扭转钻杆以拆开钻杆及其邻近钻杆的接头，然后无痕过渡到第二阶段将钻杆与邻近钻杆快速脱离。

本发明的公开可以以不背离其精神实质和必要特征的其它明确的方式实施。所述的具体实施例仅用于本发明的说明，但不受所述实施例的限制。因此，本发明所公开的范围是通过所附的权利要求而非前述的说明进行表示。与权利要求在实质上和范围上等同的改变均落入本发明权利要求的保护范围。

Claims (29)

1.一种钻杆旋拧器装置，包括：

支架；

具有第一端和第二端的第一半底盘，其中，所述第一半底盘在第一端与该支架以旋转方式配合；

第一夹持辊，所述第一夹持辊可操作的与第一半底盘的第二端连接；

具有第一端和第二端的第二半底盘，其中，所述第二半底盘在第一端与该支架配合；

第二夹持辊，所述第二夹持辊可操作的与所述第二半底盘的第二端连接；

固定于该支架的旋转驱动器组件；

与所述旋转驱动器组件可操作的连接的柔软带子，所述柔软带子具有第一表面与所述第一夹持辊和第二夹持辊接合；

包括多个惰辊的惰辊组件，当第一半底盘相对于该支架旋转时，所述惰辊被设置成相对于第一半底盘和第二半底盘中的至少一个移动，以保持柔软带子和旋转驱动器的接合。

2.根据权利要求1所述的钻杆旋拧器驱装置，其特征在于，还包括与所述第一半底盘可操作的连接的第一水平驱动器，所述第一水平驱动器被设置成推动所述第一半底盘在休息状态和接合状态之间移动；其中，在休息状态下，所述第一夹持辊和第二夹持辊被第一距离隔开，在接合状态下，所述第一夹持辊和第二夹持辊被第二距离隔开，所述第二距离小于所述第一距离。

3.根据权利要求2所述的钻杆旋拧器驱装置，其特征在于，所述旋转驱动器装置、惰辊组件和柔软带子被设置成协同作用以第一扭矩将细长部件向相邻的细长部件旋转，以及以第二扭矩将所述细长部件扭转到所述相邻的细长部件。

4.根据权利要求3所述的钻杆旋拧器驱装置，其特征在于，所述旋转驱动器装置、惰辊组件和柔软带子被设置成协同作用将细长部件拉入到第一夹持辊和第二夹持辊中的至少一个，从而以第二扭矩将细长部件扭转到所述相邻细长部件。

5.根据权利要求5所述的钻杆，其特征在于，所述第二半底盘的第一端以旋转方式与支架配合。

6.根据权利要求1所述的钻杆旋拧器驱装置，其特征在于，还包括与第一夹持辊可操作的连接的第一枢轴式辊，和与第二夹持辊可操作的连接的第二枢轴式辊，其中所述柔软带子的第一表面与所述第一枢轴式辊和第二枢轴式辊接合。

7.根据权利要求6所述的钻杆旋拧器驱装置，其特征在于，还包括将所述第一枢轴式辊与所述第一夹持辊配合的第一连接臂，和将所述第二枢轴式辊与第二夹持辊配合的第二连接臂。

8.根据权利要求1所述的钻杆旋拧器驱装置，其特征在于，还包括与所述第一半底盘可操作的连接的第一惰辊，和与所述第二半底盘可操作的连接的第二惰辊，其中，所述柔软带子的第二表面与第一惰辊和第二惰辊接合。

9.根据权利要求8所述的钻杆旋拧器驱装置，其特征在于，还包括将所述第一惰辊与第二惰辊配合的偏置元件。

10.根据权利要求1所述的钻杆旋拧器驱装置，其特征在于，还包括嵌入柔软带子的多个金属柱头螺栓。

11.根据权利要求10所述的钻杆旋拧器驱装置，其特征在于，所述金属柱头螺栓包括嵌入柔软带子的钨柱头螺栓。

12.根据权利要求1所述的钻杆旋拧器驱装置，其特征在于，还包括与至少一个所述夹持辊配合的夹紧结构。

13.根据权利要求12所述的钻杆旋拧器驱装置，其特征在于，所述夹紧结构包括固定到至少一个第一夹持辊或第二夹持辊的钨插入物。

14.根据权利要求1所述的钻杆旋拧器驱装置，其特征在于，所述旋转驱动器装置包括旋转水压电机和锯齿状小齿轮。

15.根据权利要求1所述的钻杆旋拧器驱装置，其特征在于，所述第二半底盘的第一端与所述支架旋转配合。

16.一种钻杆旋拧器装置，包括：

旋转驱动器组件；

与夹紧结构连接的第一夹持辊；

第二夹持辊；

惰辊组件，和；

柔软带子，所述柔软带子与所述旋转驱动器组件、所述惰辊组件、所述第一夹持辊和所述第二夹持辊接合，其中，所述惰辊组件设置成与所述第一夹持辊和第二夹持辊协同作用以推动所述柔软带子带动细长部件相对于相邻细长部件旋转，并将细长部件拉入所述第一夹持辊的夹紧机构以实现相对于所述临近细长部件扭转所述细长部件。

17.根据权利要求16所述的钻杆旋拧器装置，其特征在于，所述第一夹持辊可操作的与第一半底盘连接，所述第二夹持辊可操作的与第二半底盘连接，其中，所述第一半底盘与第二半底盘被设置成在休息状态和接合状态之间移动；其中，在休息状态，所述第一夹持辊与第二夹持辊以第一距离隔开，在接合状态下，所述第一夹持辊与第二夹持辊以第二距离隔开，所述第二距离小于所述第一距离。

18.根据权利要求17所述的钻杆旋拧器装置，其特征在于，所述惰辊组件包括将所述第一夹持辊与第一枢轴式辊配合的第一枢轴连接臂，和将所述第二夹持辊与第二枢轴式辊配合的第二枢轴连接臂，其中，所述第一枢轴连接臂设置成相对于所述第一半底盘旋转，所述第二枢轴连接臂设置成相对于所述第二半底盘旋转。

19.根据权利要求18所述的钻杆旋拧器装置，其特征在于，所述惰辊组件包括以旋转方式将第一惰辊与所述第一半底盘配合的第一惰轮连接臂，和以旋转方式将第二惰辊与所述第二半底盘配合的第二惰轮连接臂，其中，当所述细长部件被拉入所述夹紧结构时，所述第一惰轮连接臂、第二惰轮连接臂、第一枢轴连接臂和第二枢轴连接臂中的至少一个的移动调节所述柔软带子。

20.根据权利要求19所述的钻杆旋拧器装置，其特征在于，还包括将所述第一惰轮连接臂与第二惰轮连接臂配合的偏置元件。

21.根据权利要求18所述的钻杆旋拧器装置，其特征在于，所述柔软带子包括接合所述第一夹持辊、第二夹持辊、第一惰辊以及第二惰辊的第一表面，所述柔软带子还包括与所述第一表面相对的第二表面，所述第二表面连接所述第一惰辊和第二惰辊。

22.根据权利要求18所述的钻杆旋拧器装置，其特征在于，所述柔软带子包括与之可操作的连接的破冰结构。

23.根据权利要求18所述的钻杆旋拧器装置，其特征在于，所述破冰结构包括多个嵌入所述柔软带子的钨柱头螺栓。

24.一种钻架，包括：

支撑结构；

与所述支撑结构连接的钻杆旋拧器装置，所述钻杆旋拧器装置包括旋转驱动器组件，其上连接有夹紧结构的第一夹持辊，第二夹持辊，惰辊组件，以及与所述旋转驱动器组件和惰轮组件、第一夹持辊、第二夹持辊接合的柔软带子，其中，所述惰辊组件设置成与所述第一夹持辊和第二夹持辊协同作用带动所述柔软带子将细长部件旋转到与邻近的细长部件结合，并将细长部件拉入所述第一夹持辊的夹紧结构，将所述细长部件扭转到所述邻近的细长部件上。

25.根据权利要求24所述的钻架，其特征在于，还包括与所述支撑结构配合的夹紧装置。

26.根据权利要求24所述的钻架，其特征在于，还包括与所述支撑结构配合的钻头。

27.一种旋拧钻杆的方法，其特征在于，包括：

移动钻杆旋拧器装置与钻杆接合，所述钻杆旋拧器装置包括旋转驱动器组件，连接夹紧结构的第一夹持辊，第二夹持辊，惰辊组件，以及接合所述旋转驱动器组件和惰辊组件的柔软带子；

使所述旋转驱动器组件以第一速度旋转以驱动柔软带子带动所述钻杆旋转；和

使所述旋转驱动器组件以第二速度旋转以将所述钻杆拉入到与所述第一夹持辊和第二夹持辊中的至少一个相连的夹紧结构，以便用所述第一夹持辊和第二夹持辊中的至少一个对所述钻杆施加扭转，所述第二速度低于所述第一速度。

28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，以第二速度旋转驱动器的步骤，作为接头打开过程，先于以第一速度旋转驱动器的步骤。

29.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，使驱动器组件旋转包括驱动水压驱动电机。

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