[发明专利]基于重量的联锁设备和方法

说明书

技术领域

本发明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，本发明涉及一种联锁系统，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。还描述包括本发明的联锁设备的钻机。

本发明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。