[发明专利]可变长度结构元件和可调提环延长件

说明书

一种可调提环延长件，包括管状外连杆、设置在外连杆的孔内并可在其中轴向移动的内连杆、以及用于在由内连杆上以轴向间隔形成的多组锁定槽限定的多个锁定位置之中的任何一个位置将外连杆可释放地夹紧到内连杆上的调节机构。该调节机构可在锁定位置与解锁位置之间操作，在锁定位置，联接至外连杆的筒夹组件与一组选定的锁定槽接合，从而能够在内连杆与外连杆之间传递轴向载荷；在解锁位置，筒夹组件不与任何内连杆槽可操作地接合，从而内连杆可在外连杆内轴向移动，由此能够通过重新定位筒夹组件以在另一个不同的锁定位置与内连杆槽接合来调节可调提环延长件的总长度。

技术领域

本发明的公开内容总体涉及能够在多种工作长度下承载轴向载荷的长度可调的结构部件。更具体地说，本公开涉及通常用于在石油和天然气井的钻井和下套管期间处理管件的钻杆吊卡的提环的可调延长件。

背景技术

以前，与钻机提升系统配合使用动力钳一直是在油井中安装管柱(例如钻柱和套管柱)的既定方法。该方法允许使用动力钳作为将管接头的螺纹端拧在一起的装置比较高效地组装这种包括具有配合螺纹端的管段(或“接头”)的管柱，以便随着向正在井筒中组装和安装的管柱增加顺序接头而在顺序接头之间形成螺纹连接(即，“上扣”作业)；或者相反地用于拧松螺纹连接以移除接头，以便分解从井筒中拉出的管柱(即，“卸扣”作业)。该方法需要两个独立的系统，即，用于上扣和卸扣作业的动力钳和用于提升和下放套管柱的钻机提升系统。

现代钻机通常利用顶驱装置，该顶驱装置的主要目的是实现高效油井钻探，并且以前在下套管作业(即，将管状套管柱安装到井筒中)期间未被充分利用。配有顶驱装置的钻机使用通常称为下套管工具(或“CRT”)的工具实现了一种新的下套管方法。这些工具适于安装并悬挂到顶驱套筒轴上，并夹紧管状套管接头的上端，并且在夹紧的套管接头的孔与顶驱套筒轴的孔之间提供密封。CRT与顶驱装置配合支持上扣和卸扣作业以及套管柱的提升和下放，从而无需使用动力钳进行套管上扣和卸扣作业。

顶驱装置提供能够支撑管柱及其部件的重量的两个载荷路径。在钻井作业(包括“跟管钻进”作业)期间，管状钻柱的重量由顶驱装置通过顶驱套筒轴承载，该顶驱套筒轴通常设计为支撑钻柱的全部重量。在上扣和卸扣作业期间，向管柱增加或从管柱移除的各个接头的重量通过设置在顶驱装置的相对侧的一对“耳”以及配有一对连杆(通常也称为“提环”)的传统钻杆吊卡传递至顶驱装置。每个连杆(或提环)在每一端形成有“眼”，其中一个眼配置为用于与顶驱装置上的一个耳旋转接合，另一个眼配置为用于与吊卡旋转接合，使得顶驱装置可在上扣操作期间用于向正在组装的管状柱增加由吊卡携带的管状接头，或者在卸扣操作期间用于从柱上移除接头。

因此，使用CRT允许顶驱套管轴承载套管柱的全部重量，使得连杆和吊卡不必像在不使用CRT的传统作业中那样承载套管柱的全部重量。连杆和吊卡仍然具有将套管接头从钻台处的V形门提升到钻机结构中以准备组装到套管柱中的重要功能。顶驱装置在传统上配有设计用于钻井作业的较短连杆，连杆的端部靠近顶驱套筒轴。将CRT和配套附件安装到顶驱套筒轴上需要将上述连杆替换为较长的连杆，这可能既昂贵又耗时；或者需要向现有连杆增加延长件，这比替换连杆迅速且廉价。

提环延长件必须足够长，以确保CRT与由吊卡携带的套管接头之间有间隙，但是间隙过大会导致CRT难以插入到套管接头中。给定情况下的提环延长件的适当长度取决于多个可变因素，包括所使用的特定CRT的长度和与其结合安装的任何附件(例如将CRT与顶驱套筒轴配合所需的转换接头)、以及安装在套筒轴与CRT之间的附加设备(例如扭矩监测接头)。由于所有这些可变因素，单种提环延长件长度无法适用于所有作业环境。

在现有技术中，提环延长件长度参数的可变性是利用具有两个带有匹配的横向孔的伸缩部件的提环延长件来解决的，这使得伸缩部件可通过穿入匹配的横向螺栓孔中的螺栓或销在离散的轴向位置刚性连接。但是，由于伸缩部件在螺栓孔处的横截面损失，这种类型的连接具有过低的负载效率(其中负载效率定义为连接的轴向负载能力与伸缩部件的基本轴向负载能力的比率)。因此，伸缩部件之间的螺栓连接或销连接限制了其承载能力，因而它们必须比其它情况下的必要尺寸更大、更重，由此使得这种可变长度连杆的制造、运输和装卸更加困难。