УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ТРУБНОГО ЭЛЕМЕНТА Российский патент 2011 года по МПК E21B19/07 

Предпосылки к созданию изобретения

Бурение подземных скважин связано со сборкой колонн труб, таких как обсадные и бурильные колонны, каждая из которых содержит множество тяжелых, удлиненных трубных сегментов, идущих вниз от буровой установки в ствол скважины. Трубные сегменты в колонне труб соединены друг с другом при помощи резьбы.

Требуются большие физические усилия рабочих, чтобы соединять трубные сегменты и образовывать колонну труб. Обычно для этого нужны "стаббер" (рабочий, заводящий конец верхней трубы в муфту нижней) и оператор трубного ключа. Стаббер вручную совмещает нижний конец трубного сегмента с верхним концом существующей колонны труб, а оператор трубного ключа закрепляет трубный ключ, чтобы вращать сегмент и по резьбе соединять его с колонной труб. Несмотря на то, что такой способ является эффективным, он является опасным, тяжелым и малопроизводительным. Кроме того, для надлежащего закрепления трубного ключа на трубном сегменте и для соединения трубного сегмента с колонной труб обычно требуются несколько рабочих. Поэтому такой способ является трудоемким и, следовательно, дорогим. Более того, использование трубного ключа может потребовать использования подмостков или других аналогичных конструкций, что создает опасность для рабочих.

Уже был предложен инструмент для спуска труб, в котором используют обычный верхний приводной узел для сборки трубных сегментов. Инструмент для спуска труб содержит манипулятор, который захватывает трубный сегмент и поднимает его в силовой элеватор, который удерживает трубный сегмент за счет приложенной энергии. Элеватор связан с верхним приводом, который вращает элеватор. Трубный сегмент затем вводят в контакт с колонной труб и верхний привод вращает трубный сегмент, чтобы соединить его по резьбе с колонной труб.

Несмотря на то, что такой инструмент имеет преимущества по сравнению с обычными системами, которые используют для сборки колонн труб, он также имеет недостатки. Один такой недостаток связан с тем, что трубный сегмент может получать царапины от губок элеватора. Другой недостаток связан с тем, что обычный манипулятор не может отсоединять отдельные трубные плети и укладывать их на трубном настиле без участия рабочих.

Уже предложены другие инструменты, позволяющие устранять такие недостатки. Однако такие инструменты часто не позволяют перемещать трубы, имеющие неоднородные размеры. При подъеме или другом перемещении труб, размеры которых не являются идеальными, например, которые имеют изменение толщины стенки или отклонение от цилиндрической формы (по длине) или от круглой формы (поперечного сечения), возникают трудности обеспечения надлежащего захвата трубного сегмента таким инструментом.

Сущность изобретения

В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство для перемещения трубного элемента, которое содержит, по меньшей мере в одном из вариантов, элемент с пазами, имеющий множеств удлиненных пазов, каждый из которых идет в заданном направлении, элемент с углублениями, соединенный с возможностью скольжения с элементом с пазами и имеющий множество углублений, каждое из которых является клиновидным (образует клин) в направлении от мелкого конца к глубокому концу, и множество элементов качения, каждый из которых удерживается между одним из углублений и одним из пазов, причем каждый элемент качения частично выступает через смежный паз, когда он расположен в мелком конце углубления, при этом каждый элемент качения втягивается внутрь внешнего периметра элемента с пазами, когда он расположен в глубоком конце углубления. Устройство дополнительно может содержать множество элементов смещения, каждый из которых смещает соответствующий один из элементов качения в направлении мелкого конца соответствующего углубления. Каждым из множества элементов смещения может быть пружина сжатия, пружинный фиксатор и/или шариковый фиксатор. Внутренняя периферия элемента с пазами может окружать внешнюю периферию элемента с углублениями или внутренняя периферия элемента с углублениями может окружать внешнюю периферию элемента с пазами. Элемент с пазами может иметь главным образом цилиндрическую кольцевую форму поперечного сечения, а элемент с углублениями может иметь главным образом цилиндрическую форму поперечного сечения. Внутренняя периферия одного из элементов с углублениями и элементов с пазами может соответствовать внешней периферии другого из элементов с углублениями и элементов с пазами. Направление, в котором идут удлиненные пазы, может быть главным образом параллельно продольной оси по меньшей мере одного элемента с пазами и элемента с углублениями. Множество элементов качения может быть выбрано из группы, в которую входят множество сферических элементов, множество цилиндрических элементов и/или множество бочкообразных элементов.

В соответствии с настоящим изобретением также предлагается способ перемещения трубного элемента, который предусматривает, по меньшей мере в одном варианте, введение подъемного устройства в конец трубного элемента, причем указанное подъемное устройство соответствует описанному здесь выше. Затем создают условия для того, чтобы множество элементов качения входили в зацепление между внутренней поверхностью трубного элемента и множеством углублений в элементе с углублениями. Затем трубный элемент поднимают при помощи подъемного устройства. Создание условий для того, чтобы множество элементов качения входили в указанное зацепление может предусматривать создание условий для того, чтобы каждый из множества элементов смещения принудительно смещал соответствующий один из множества элементов качения в направлении мелкого конца соответствующего одного из множества углублений и вводил его в зацепление с внутренней поверхностью трубного элемента.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также система, которая содержит, по меньшей мере в одном варианте, устройство для перемещения трубного элемента, аналогичное описанному здесь выше, и средство для подъема устройства для перемещения трубного элемента.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показан разрез устройства в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения.

На фиг.2 показан вид сбоку части устройства, показанного на фиг.1.

На фиг.3а показан вид сбоку части устройства в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения.

На фиг.3b показан разрез устройства, показанного на фиг.3а.

На фиг.4а показан вид сбоку части устройства в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения.

На фиг.4b показан разрез устройства, показанного на фиг.4а.

На фиг.5а показан вид сбоку части устройства в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения.

На фиг.5b показан вид сбоку устройства, показанного на фиг.5а, на следующей стадии изготовления.

На фиг.5с показан вид сбоку устройства, показанного на фиг.5b, на следующей стадии изготовления.

На фиг.6 показан разрез устройства в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения.

На фиг.7а и 7b показаны ортогональные проекции устройства в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения.

На фиг.7с и 7d показаны ортогональные проекции устройства в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения.

На фиг.7е и 7f показаны ортогональные проекции устройства в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения.

На фиг.8 схематично показано устройство в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения.

На фиг.9 показана схема последовательности операций способа в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Следует иметь в виду, что в дальнейшем описании приведены множество различных конструктивных исполнений или примеров для осуществления различных характеристик различных вариантов изобретения. Специфические примеры компонентов и схем расположения описаны далее для упрощения понимания сути изобретения. Само собой разумеется, что это только примеры, которые не имеют ограничительного характера. Кроме того, в описании позиционные обозначения повторяются для различных примеров. Этот повтор служит для упрощения понимания и не предписывает сам по себе наличия связи между различными обсуждаемыми вариантами и/или конфигурациями. Более того, наличие взаимосвязи первого признака со вторым признаком в последующем описании может иметь варианты, в которых первый и второй признаки связаны при прямом контакте, а также может иметь варианты, в которых дополнительный признак может быть введен между первым и вторым признаками, так что первый и второй признаки могут быть связаны не при прямом контакте.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг.1, на которой показан разрез устройства 100 для перемещения трубного элемента 10 в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения. Устройство 100 содержит элемент 110 с углублениями, элемент 120 с пазами и множество элементов 130 качения.

Трубным элементом 10 может быть секция трубы с буртиком или секция трубы с резьбой, так что он может быть использован как часть целой обсадной или бурильной колонны. Трубным элементом 10 также может быть секция трубопровода, который может быть использован для транспортирования жидкости и/или газа. Трубным элементом 10 также может быть трубный конструктивный элемент. Трубный элемент 10 может иметь кольцевое поперечное сечение, имеющее главным образом круговую, прямоугольную или другую геометрическую форму.

Трубный элемент 10 может быть неоднородным по размерам или неидеальным в других отношениях. Например, трубный элемент 10 может не иметь идеальную круглоту, так что все точки на внутренней поверхности 10а трубного элемента в определенном осевом положении (по длине элемента) могут не образовывать идеальный круг. Кроме того, трубный элемент 10 может не иметь идеальную цилиндричность, так что все точки на внутренней поверхности 10а могут не находиться на одинаковом расстоянии от продольной оси 102 устройства 100, и/или трубный элемент 10 может не иметь идеальную соосность, так что оси всех поперечных сечений поверхности 10а могут не совпадать с продольной осью 102. Например, в примерном варианте, показанном на фиг.1, диаметр внутренней поверхности 10а на конце 10b трубного элемента 10 меньше, чем диаметр внутренней поверхности 10а на центральном участке 10 с трубного элемента 10.

Элемент 110 с углублениями может иметь главным образом цилиндрический или имеющий другую форму центральный элемент, имеющий центральный канал 112 и множество образованных в нем (элементе) углублений 114. Центральный канал 112 может иметь такой размер, который позволяет флюиду, флюидным магистралям и/или электрическим кабелям проходить через устройство 100, причем элемент 110 может иметь несколько каналов. Конец 113 канала 112 может иметь обычные средства для создания резьбового или другого соединения с другим элементом, с которым соединяют устройство 100. Например, конец 113 может представлять собой охватывающий конец штепсельного резьбового соединения.

Элемент 120 с пазами может представлять собой главным образом цилиндрический или имеющий другую форму кольцевой элемент, имеющий множество образованных в нем пазов 122. Каждый паз 122 имеет такую конфигурацию, которая взаимодействует с одним из углублений 114 элемента 110 с углублениями, чтобы удерживать один из элементов 130 качения. Более того, каждое углубление 114 и каждый паз 122 имеют такую конфигурацию, что когда элемент качения перемещается дальше от максимальной глубины 114а углубления 114, то элемент 130 качения больше выступает через паз 122 и за внешний периметр 124 элемента 120 с пазами, а когда элемент качения перемещается в направлении максимальной глубины 114а углубления 114, то элемент 130 качения также перемещается в направлении втянутого положения внутри внешнего периметра 124 элемента 120 с пазами.

Например, каждое углубление 114 может быть по меньшей мере частично ограничено поверхностью 114b, которая является скошенной в направлении, главным образом параллельном продольной оси 102 устройства 100 (наклонной к оси). Наклонная поверхность 114b может быть ориентирована под углом около 7° относительно внешнего периметра или поверхности 110а элемента 110 с углублениями и/или внутреннего периметра или поверхности 120а элемента 120 с пазами, однако за рамки настоящего изобретения не выходит использование и других углов, например, ориентировочно от 5 до 30°. Максимальная глубина 114а углубления 114 может быть по меньшей мере равна разности между максимальным диаметром элемента 130 качения и толщиной стенки элемента 120 с пазами.

На фиг.2 показан вид сбоку части устройства 100, показанного на фиг.1, где различные скрытые кромки показаны пунктирными линиями. Как это показано на фиг.1 и 2, каждый паз 122 может иметь удлиненный профиль овальной или другой формы, так что каждый паз 122 имеет длину больше чем ширина. В примерном варианте, показанном на фиг.1 и 2, длина паза 122 идет в направлении продольной оси 102 устройства 100. Кроме того, внешний профиль 122а каждого паза 122 (относительно элемента 120 с пазами) может быть окружен внутренним профилем 122b каждого паза 122, смещен внутрь от него или иным образом сделан меньше, чем указанный профиль 122b, так что стенки такого паза 122 могут иметь наклон наружу в направлении радиально внутрь.

Углубление 114 может иметь ширину 114с, которая по меньшей мере ориентировочно равна ширине или диаметру элемента 130 качения, или, как это показано на фиг.2, может быть немного больше чем ширина или диаметр элемента 130 качения. Углубление 114 также может иметь длину 114d, которая больше чем минимальная длина 122с паза 122. Ширина или диаметр элемента 130 качения по меньшей мере больше чем ширина 122d внешнего профиля 122а паза 122, или, как это показано на фиг.2, больше чем ширина 122е внутреннего профиля 122b паза 122.

Как это показано на фиг.1, так как каждый паз 122 является удлиненным в направлении клиновидных углублений 114, то каждый элемент 130 качения может выступать из элемента 120 с пазами на величину, которая связана с приблизительными размерными характеристиками трубного элемента 10. Например, в примерном варианте, показанном на фиг.1, так как внутренний диаметр трубного элемента 10 меньше поблизости от конца 10b трубного элемента 10, то элемент 130 качения, расположенный ближе всего к концу 10b трубного элемента 10, будет выступать из элемента 120 с пазами на меньшее расстояние, чем расстояние, на которое элемент 130 качения, расположенный ближе всего к центральному участку 10с трубного элемента 10, выступает из элемента 120 с пазами.

На фиг.3а показан вид сбоку участка элемента 110 с углублениями, показанного на фиг.1 и 2, на промежуточной стадии изготовления в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения. На фиг.3b показан разрез участка элемента 110 с углублениями, показанного на фиг.3а. Участок элемента 110 с углублениями, показанный на фиг.3а и 3b, содержит одно из углублений 114, показанных на фиг.1 и 2.

Как это можно понять из совместного рассмотрения фиг.3а и 3b, при ссылке на фиг.1 и 2, изготовление углубления 114 может предусматривать образование клиновидного участка 305 и участка 310 для приема вставки смещения. Клиновидный участок 305 и участок 310 для приема вставки смещения могут быть образованы непосредственно в элементе 110 с углублениями, например, при помощи механической обработки, формовки, литья и/или других процессов изготовления. Альтернативно, как это показано на фиг.3а и 3b, клиновидный участок 305 и участок 310 для приема вставки смещения могут быть образованы в заглубленной вставке 315. Заглубленная вставка 315 может быть изготовлена из металла, пластмассы и/или других материалов, при помощи механической обработки, формовки, литья и/или других процессов изготовления. Заглубленная вставка 315 имеет такую конфигурацию, которая позволяет ввести ее в углубление в элементе 110 с углублениями при помощи прессовой посадки, посадки с натягом и/или закрепить ее при помощи клея, резьбовых крепежных деталей и/или других средств. Поверхность 320 заглубленной вставки 315 имеет такую конфигурацию, которая позволяет устанавливать ее заподлицо с внешним периметром 110а элемента 110 с углублениями.

Клиновидный участок 305 может иметь главным образом прямоугольную, овальную или имеющую другую форму поверхность 305а, которая скошена (имеет наклон) относительно внешней поверхности 110а элемента 110 с углублениями. Угол конусности (наклона) поверхности 305а может лежать в диапазоне ориентировочно от 5 до 30°. Например, в примерном варианте, угол конусности может составлять около 7°. Однако следует иметь в виду, что за рамки настоящего изобретения не выходит использование и других углов конусности.

В примерном варианте, показанном на фиг.3а и 3b, участок 310 приема вставки смещения имеет главным образом цилиндрический профиль 310а, за исключением грани 310b, расположенной поблизости от клиновидного участка 305. Диаметр цилиндрического профиля 310а может быть главным образом равен ширине скошенной поверхности 305а, однако за рамки настоящего изобретения не выходит использование и других диаметров. Ширина грани 310b может составлять около 85% диаметра цилиндрического профиля 310а, как это показано на фиг.3а. Однако за рамки настоящего изобретения не выходит использование и других отношений ширины грани 310b к диаметру цилиндрического профиля 310а, например, ориентировочно от 50 до 100%. Глубина участка 310 приема вставки смещения также может варьировать в рамках настоящего изобретения. Например, глубина участка 310 приема вставки смещения может быть по меньшей мере равна максимальной глубине 114а клиновидного участка 305 или может быть больше нее.

На фиг.4а показан вид сбоку вставки 400 смещения, имеющей такую конфигурацию, которая позволяет устанавливать ее в участок 310 приема вставки смещения, показанный на фиг.3а и 3b. На фиг.4b показан разрез вставки 400 смещения. Как это можно понять из совместного рассмотрения фиг.4а и 4b, при ссылке на фиг.1-3b, вставка 400 смещения имеет главным образом цилиндрический профиль 410а, за исключением грани 410b. Цилиндрический профиль 410а и грань 410b имеют такую конфигурацию, которая позволяет устанавливать вставку 400 смещения в участок 310 приема вставки смещения за счет прессовой посадки, посадки с натягом и/или закрепить ее при помощи клея, резьбовых крепежных деталей и/или других средств. Например, диаметр цилиндрического профиля 410а может быть главным образом равен диаметру цилиндрического профиля 310а, а отношение ширины грани 410b к диаметру цилиндрического профиля 410а может быть главным образом равным отношению ширины грани 310b к диаметру цилиндрического профиля 310а. Высота Н вставки 400 смещения может быть главным образом равна глубине участка 310 приема вставки смещения или немного ее меньше.

Поверхность 420 вставки 400 смещения имеет такую конфигурацию, которая позволяет устанавливать ее главным образом заподлицо с внешним периметром 110а элемента с углублениями и/или с поверхностью 320 заглубленной вставки 315. Другая поверхность 425 имеет такую конфигурацию, которая должна быть ориентирована под углом 90° или под другим углом относительно наклонной поверхности 305а. Поверхность 425 содержит углубление 430, имеющее такую конфигурацию, которая позволяет принимать пружину сжатия, пружинный фиксатор или другой элемент смещения. Углубление 430 может иметь выступ 435, позволяющий центрировать, удерживать и/или иным образом зацеплять элемент смещения. Например, в примерном варианте, в котором элемент смещения представляет пружину сжатия с открытым концом, выступ 435 может иметь диаметр, который приблизительно равен внутреннему диаметру конца пружины сжатия. Выступ 435 может выходить из углубления 430 за поверхность 425. Однако, в других вариантах, аналогичных показанному на фиг.4b, выступ может не выходить за поверхность 425.

На фиг.5а показан вид сбоку участка элемента 110 с углублениями, показанного на фиг.3а, после установки вставки 400 смещения, показанной на фиг.4, в участок 310 приема вставки смещения, показанный на фиг.3а. Такую установку можно произвести при помощи прессовой посадки, посадки с натягом, а также при помощи клея, резьбовых крепежных деталей и/или других средств, чтобы соединить вставку 400 смещения с элементом 110 с углублениями на участке 310 приема вставки смещения.

На фиг.5b показан вид сбоку участка элемента 110 с углублениями, показанного на фиг.5а, после установки элемента 510 смещения в углубление 430 вставки 400 смещения. Элемент 510 смещения может быть выполнен в соответствии с описанным здесь выше и может содержать пружину сжатия, пружинный фиксатор и/или другое средство для принудительного смещения устанавливаемого позднее элемента качения в направлении 520. В примерном варианте, показанном на фиг.5b, элемент 510 смещения схематично показан как пружина сжатия, имеющая плоский, рифленый или расширяющийся конец 515, выступающий из углубления 430. Расширяющийся конец 515 элемента 510 смещения помогает совмещать элемент качения с элементом 510 смещения и, следовательно, с клиновидным углубленным участком 305.

На фиг.5с показан вид сбоку участка элемента 110 с углублениями, показанного на фиг.5b, после того, как элемент 130 качения был установлен в клиновидном заглубленном участке 305 и удерживается в нем за счет сборки элемента 110 с углублениями и элемента 130 качения внутри элемента 120 с пазами. Следовательно, элемент 510 смещения принудительно смещает элемент 130 качения в контакт между внутренним периметром паза 122 элемента 120 с пазами и клиновидным заглубленным участком 305 элемента 110 с углублениями.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг.6, где показан другой вариант устройства, показанного на фиг.1, которое здесь имеет позиционное обозначение 600. Устройство 600 имеет такую конфигурацию, которая позволяет перемещать трубный элемент 60 в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения. Более того, устройство 600 является главным образом аналогичным устройству 100, показанному на фиг.1. Однако, если элемент 110 с углублениями устройства 100 установлен внутри элемента 120 с пазами и трубного элемента 10, то элемент 610 с углублениями устройства 600 установлен снаружи от элемента 620 с пазами и трубного элемента 60. Следовательно, при смещении в направлении мелких концов углублений 614 элементы 630 качения входят в зацепление с внешней поверхностью 60а трубного элемента 60, а не с внутренней поверхностью 60b трубного элемента 60.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг.7а и 7b, на которых показаны ортогональные проекции одного из вариантов элемента 130 качения в соответствии с настоящим изобретением. Как это показано на фиг.7а и 7b, элемент 130 качения имеет главным образом форму сфероида. Обратимся теперь к рассмотрению фиг.7с и 7d, на которых показаны ортогональные проекции другого варианта элемента 130 качения, обозначенного здесь позицией 130а. Как это показано на фиг.7с и 7d, элемент 130а качения может иметь главным образом цилиндрическую форму. Обратимся теперь к рассмотрению фиг.7е и 7f, на которых показаны ортогональные проекции еще одного варианта элемента 130 качения, обозначенного здесь позицией 130b, Как это показано на фиг.7е и 7f, элемент 130b качения главным образом может иметь бочкообразную форму (форму изогнутого цилиндра). Следует иметь в виду, что за рамки настоящего изобретения также не выходит использование конфигураций, отличающихся от показанных на фиг.7a-7f. Вне зависимости от формы элемент качения (130, 130а или 130b) может быть изготовлен из металлического материала, такого как нержавеющая сталь.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг.8, на которой схематично показано устройство 800 в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения. Устройство 800 представляет собой примерное устройство, в котором может быть установлено устройство 100, показанное на фиг.1, устройство 600, показанное на фиг.6, и/или другое устройство в соответствии с настоящим изобретением.

Устройство 800 представляет собой наземную буровую установку. Однако следует иметь в виду, что один или несколько аспектов настоящего изобретения применимы или легко могут быть приспособлены к любому типу буровой установки, такие как, среди прочего, самоподнимающаяся буровая установка, полупогружная буровая установка, буровое судно, буровая установка с бухтой труб и установка для бурения с вводом обсадной трубы.

Устройство 800 содержит мачту 805, которая поддерживает подъемное устройство над полом 810 буровой установки. Подъемное устройство содержит кронблок 815 и талевый блок 820. Кронблок 815 закреплен поблизости от вершины мачты 805, а талевый блок 820 свешивается с кронблока 815 на бурильном канате 825. Бурильный канат 825 идет от кронблока до лебедки 830, которая имеет такую конфигурацию, что позволяет сматывать и наматывать бурильный канат 825 для того, чтобы опускать и поднимать талевый блок 820 относительно пола 810 буровой установки.

Крюк 835 прикреплен к основанию талевого блока 820. Верхний привод 840 свешивается к крюка 835. Пиноль 845, которая свешивается с верхнего привода 840, прикреплена к предохранительному переходнику 850, который прикреплен к устройству 852 для подъема труб. Устройство 852 для подъема труб выполнено в соответствии с настоящим изобретением главным образом аналогично устройству 100, показанному на фиг.1, и/или устройству 600, показанному на фиг.6.

Устройство 852 для подъема труб входит в зацепление с бурильной колонной 855, которая висит в стволе 860 скважины и/или над ним. Бурильная колонна 855 может содержать одну или несколько соединенных друг с другом секций 865 бурильной колонны, а также другие компоненты. Один или несколько насосов 880 могут подавать буровой раствор в бурильную колонну 855 через шланг или другой трубопровод 885, который может быть соединен с верхним приводом 840. Буровой раствор может проходить через центральный канал устройства 852 для подъема труб, такой как центральный канал 112 устройства 100, показанного на фиг.1.

В альтернативном конструктивном исполнении верхний привод 840, пиноль 845 и переходник 850 могут не использоваться между крюком 825 и устройством 852 для подъема труб, так что тогда устройство 852 для подъема труб непосредственно связано с крюком 825 или же устройство 852 для подъема труб связано с крюком 825 через другие компоненты. Например, конец 113 канала 112 устройства 100, показанного на фиг.1, может быть соединен по резьбе или иным образом с компонентом, введенным между устройством 852 для подъема труб и крюком 825.

На фиг.9 показана схема последовательности операций способа 900 в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения. Способ 900 описывает примерный характер работы устройства 100, показанного на фиг.1, устройства 600, показанного на фиг.6, и других устройств, выполненных в соответствии с настоящим изобретением. Таким образом, несмотря на то, что последующее описание способа 900 приведено со ссылкой на устройство 100, показанное на фиг.1, аспекты способа 900 аналогичным образом применимы или легко могут быть приспособлены к характеристикам устройства 600, показанного на фиг.6, и/или другого устройства в соответствии с настоящим изобретением.

Как это можно понять из рассмотрения фиг.9, при ссылке на фиг.1, способ 900 содержит операцию 910, в ходе которой подъемное устройство 100 вводят в трубный элемент 10. Когда устройство 100 входит со скольжением в конец трубного элемента 10, фрикционные силы между внутренней поверхностью 10а трубного элемента 10 и внешней поверхностью 124 элемента 120 с пазами принудительно смещают элемент 120 с пазами в направлении конца 10b трубного элемента 10, или вверх в ориентации, показанной на фиг.1. Таким образом, элементы 130 качения будут прижаты к элементам смещения или иным образом будут перемещаться в более глубокие участки углублений 114 элемента 110 с углублениями. Следовательно, элементы 130 качения могут втягиваться по меньшей мере внутрь внешней поверхности 124 элемента 120 с пазами, что позволяет вводить устройство 100 в конец трубного элемента 10.

В следующей операции 920 ввод устройства 100 в трубный элемент 10 прекращается. Следовательно, особенно если трубный элемент 10 и устройство 100 ориентированы вертикально, как это показано на фиг.1, сила тяжести будет побуждать элементы 130 качения смещаться в направлении мелких концов углублений 114 элемента 110 с углублениями. Таким образом, элементы 130 качения могут выступать из пазов 122 элемента 120 с пазами и входить в зацепление с внутренней поверхностью 10а трубного элемента 10. Так как пазы 122 элемента 120 с пазами являются удлиненными, элементы 130 качения могут независимо выступать из пазов 122 на разное расстояние, так что все или большинство элементов 130 качения могут входить в зацепление с внутренней поверхностью 10а трубного элемента 10, вне зависимости от отклонений размеров внутренней поверхности 10а.

В вариантах, в которых устройство 100 содержит элементы 510 смещения, показанные на фиг.5b и 5с, эти элементы 510 смещения могут принудительно смещать элементы 130 качения в направлении мелких концов углублений 114 сразу после того, как остановлено введение устройства 100 в трубный элемент 10 в операции 920. Таким образом, несмотря на то, что трубный элемент 10 и устройство 100 не ориентированы вертикально, например, когда трубный элемент 10 лежит на земле, элементы 130 качения все еще могут быть смещены для того, чтобы выступать из пазов 122 элемента 120 с пазами и входить в зацепление с внутренней поверхностью 10а трубного элемента 10.

Способ 900 может предусматривать осуществление факультативной операции 930, в ходе которой сила может быть приложена к устройству 100 в осевом направлении его извлечения из трубного элемента 10. Такое действие позволяет облегчить осевое перемещение элемента 110 с углублениями относительно элемента 120 с пазами, что помогает смещению элементов 130 качения в направлении мелких концов углублений 114 и входу в зацепление с внутренней поверхностью 10а трубного элемента 10 через пазы 122 элемента 120 с пазами.

В следующей операции 940 силу подъема прикладывают к устройству 100. Сила подъема представляет собой осевую силу, направленную в сторону удаления от трубного элемента 10. При этом зацепление элементов 130 качения между внутренней поверхностью 10а трубного элемента 10 и углублениями 114 элемента 110 с углублениями позволяет поднимать трубный элемент 10 при помощи устройства 100.

В приведенном описании намечены в общих чертах признаки различных вариантов. чтобы специалисты в данной области могли лучше понять аспекты настоящего изобретения. Специалисты в данной области легко поймут, как использовать данное описание в качестве основы для проектирования или изменения других процессов и конструкций, позволяющих решать такие же задачи и/или позволяющих получать некоторые преимущества по сравнению с описанными здесь вариантами. Специалисты в данной области также легко поймут, что такие эквивалентные конструкции не выходят за рамки настоящего изобретения, причем они могут сделать различные изменения, замены и модификации, не выходя за рамки настоящего изобретения и в соответствии с его формулой.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к инструменту для перемещения трубных сегментов, и обеспечивает безопасность, производительность, малые затраты, возможность работы с трубами неоднородного размера. Устройство для перемещения трубного элемента содержит элемент с множеством удлиненных пазов, элемент с множеством углублений, соединенный с возможностью скольжения с элементом с пазами, множество элементов качения, каждый из которых удерживается между одним из углублений и одним из пазов, множество элементов смещения, каждый из которых смещает соответствующий один из элементов качения. Способ перемещения трубного элемента включает введение описанного устройства в конец трубного элемента, создание условий для зацепления множества элементов качения между поверхностями трубного элемента и элемента с углублениями, и подъем трубного элемента при помощи описанного устройства. Система для перемещения трубного элемента содержит описанное устройство и устройство для подъема описанного устройства для перемещения трубного элемента. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство для перемещения трубного элемента, которое содержит: элемент с пазами, имеющий множество удлиненных пазов, каждый из которых идет в заданном направлении; элемент с углублениями, соединенный с возможностью скольжения с элементом с пазами и имеющий множество углублений, каждое из которых образует клин в направлении от мелкого конца к глубокому концу; множество элементов качения, каждый из которых удерживается между одним из углублений и одним из пазов; множество элементов смещения, причем каждый элемент смещает соответствующий один из элементов качения в направлении мелкого конца соответствующего углубления; причем каждый элемент качения частично выступает через смежный паз, когда он расположен в мелком конце углубления; при этом каждый элемент качения втягивается, по меньшей мере, в смежный паз, когда он расположен в глубоком конце углубления.

2. Устройство по п.1, в котором каждый из множества элементов смещения имеет такую конфигурацию, которая побуждает соответствующий один из элементов качения входить в контакт между кромкой соответствующего паза элемента с пазами и соответствующим клиновидным углублением элемента с углублениями.

3. Устройство по п.1, в котором каждый из множества элементов смещения представляет собой пружину сжатия.

4. Устройство по п.1, в котором внутренняя периферия элемента с пазами окружает внешнюю периферию элемента с углублениями или внутренняя периферия элемента с углублениями окружает внешнюю периферию элемента с пазами.

5. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, участок элемента с пазами имеет цилиндрическую кольцевую форму поперечного сечения и, по меньшей мере, участок элемента с углублениями имеет кольцевую форму поперечного сечения, причем внутренняя периферия одного из элементов с углублениями и элементов с пазами соответствует внешней периферии другого из элементов с углублениями и элементов с пазами.

6. Устройство по п.1, в котором указанное направление пазов параллельно продольной оси, по меньшей мере, одного элемента с пазами и элемента с углублениями.

7. Устройство по п.1, в котором элементы качения выбраны из группы, в которую входят сферические элементы, цилиндрические элементы и бочкообразные элементы.

8. Способ перемещения трубного элемента, который включает в себя следующие операции: введение подъемного устройства в конец трубного элемента, причем подъемное устройство содержит: элемент с пазами, имеющий множество удлиненных пазов, каждый из которых идет в заданном направлении; элемент с углублениями, соединенный с возможностью скольжения с элементом с пазами и имеющий множество углублений, каждое из которых образует клин в направлении от мелкого конца к глубокому концу; множество элементов качения, каждый из которых удерживается между одним из углублений и одним из пазов; множество элементов смещения, каждый из которых смещает соответствующий один из элементов качения в направлении мелкого конца соответствующего углубления; причем каждый элемент качения частично выступает через смежный паз, когда он расположен в мелком конце углубления, и при этом каждый элемент качения втягивается, по меньшей мере, в смежный паз, когда он расположен в глубоком конце углубления; создание условий для зацепления множества элементов качения между внутренней поверхностью трубного элемента и множеством углублений в элементе с углублениями; и подъем трубного элемента при помощи подъемного устройства.

9. Способ по п.8, в котором создание условий для зацепления множества элементов качения предусматривает, чтобы каждый из множества элементов смещения смещал соответствующий один из множества элементов качения в направлении мелкого конца соответствующего одного из множества углублений и вводил его в зацепление с внутренней поверхностью трубного элемента.

10. Способ по п.9, в котором внутренняя периферия элемента с углублениями окружает внешнюю периферию элемента с пазами.

11. Система для перемещения трубного элемента, которая содержит: устройство для перемещения трубного элемента, которое содержит: элемент с пазами, имеющий множество удлиненных пазов, каждый из которых идет в заданном направлении; элемент с углублениями, соединенный с возможностью скольжения с элементом с пазами и имеющий множество углублений, каждое из которых образует клин в направлении от мелкого конца к глубокому концу; множество элементов качения, каждый из которых удерживается между одним из углублений и одним из пазов; множество элементов смещения, каждый из которых смещает соответствующий один из элементов качения в направлении мелкого конца соответствующего углубления; причем каждый элемент качения частично выступает через смежный паз, когда он расположен в мелком конце углубления; при этом каждый элемент качения втягивается, по меньшей мере, в смежный паз, когда он расположен в глубоком конце углубления; и устройство для подъема устройства для перемещения трубного элемента.

12. Система по п.11, в которой каждый из множества элементов смещения имеет такую конфигурацию, которая побуждает соответствующий один из элементов качения входить в контакт между кромкой соответствующего паза элемента с пазами и соответствующим клиновидным углублением элемента с углублениями.

13. Система по п.11, в которой каждый из множества элементов смещения представляет собой пружину сжатия.

14. Система по п.11, в которой внутренняя периферия элемента с пазами окружает внешнюю периферию элемента с углублениями, или внутренняя периферия элемента с углублениями окружает внешнюю периферию элемента с пазами, а внутренняя периферия одного из элементов с углублениями или элементов с пазами соответствует внешней периферии другого из элементов с углублениями или элементов с пазами.