操控工具及其使用方法以及用于与该操控工具一起使用的适配器

摘要

描述了一种用于连接至并操作可控钻井装置(120)的操控工具(1)和一种使用该操控工具(1)的方法以及一种与该操控工具一起使用的适配器，该操控工具(1)包括：?具有第一端部(5)和第二端部(7)的细长壳体(3)；?设置在壳体(3)的第一端部(5)中的抓取装置(10)，该抓取装置(10)被配置成提供与将要借助于操控工具(1)进行控制的钻井装置(120)的可释放的接合，该抓取装置(10)包括用于抵抗壳体(3)和钻井装置之间的旋转运动及轴向运动的构件(12、14)；其中，操控工具(1)还包括：?至少一个操控装置(20、30)，其可沿着壳体(3)的纵向轴线在第一位置和第二位置之间轴向移位并且可围绕壳体(3)的纵向轴线旋转；?第一驱动装置(40)，以便产生至少一个操控装置(20、30)的轴向移位；?第二驱动装置(70)，以便产生至少一个操控装置(20、30)的旋转；以及?第一驱动装置和第二驱动装置被连接至控制单元(80)，该控制单元被设置成对向驱动装置提供的能量供应进行控制。

说明书

技术领域

本发明涉及用于在诸如油井、气井或地热井之类的钻孔中或者其它一些管道中使 用的操控工具。更具体地，本发明涉及用于连接至可控钻井装置并操作可控钻井装置的操 控工具，在该可控钻井装置的安装期间或之后，该可控钻井装置处于管道接头中或将被移 动到管道接头中。该钻井装置可以是但不限于例如机械塞、阀、所谓的衬管悬挂器或者区域 隔离式的封隔器(在专业领域中也被称为跨隔式封隔器)。

背景技术

本领域技术人员将知道的是，钻井装置中的一些可能被临时性地安装，而其它钻 井装置被永久性地安装。一些钻井装置在安装之后必须允许对其进行操作或操控。

本领域技术人员还将知道的是，现有技术的钻井装置通常通过使用活塞与缸套设 备来操作，以向从钻井表面致动的设置工具施加轴向力、拉伸力或压缩力。这种力可以通常 借助于在专业领域中被称为电池组、流体静压、氮气室的装置和/或借助于爆炸或烟火装置 从该表面供应。在力并未从该表面直接供应的情况下，通常可以使用所谓的定时器，或者可 以借助于电脉冲来发出将基于压力、触发电池操作、引爆爆炸或爆燃烟火装置启动存储力 的释放的信号。其它起动方法可以由温度进行控制，由机械影响进行控制，是压力致动的， 或者按照顺序运行，其中，钻井装置的位置在钻井的具体间隔方面加以改变。如果电池操作 被用于供应轴向力，那么这通常与电动机和液压系统相结合，如本领域技术人员所获知的 那样并且因此并不在本文中对其作出任何进一步的描述。

根据本发明的操控工具特别适合于在石油工业中和在地热工业中的钻井中使用。 该操控工具的目的之一是提供一种赋予重复使用的可能性的工具，并且在与现今已知的方 法相比大得多的程度上由操作者进行受控监测。本发明还将赋予用于在需要在钻孔中操作 设备的其它方面中使用的新的可能性。因此将会理解的是，即使以下描述主要涉及石油工 业中的钻井中的操作，但是本发明并不仅限于此。所述操作包括所安装的设备的安装、操作 及控制，例如打开和关闭所安装的塞、及安装、移除或者改造临时或永久安装的井下设备。

该阀还可以为根据专利NO328302和US8,333,219的井塞，本申请人从事该井塞的 研发。所述专利描述了一种可以在钻井中开始的同一操作期间反复设置和拉拔的井塞。

已知的是，通过使用经由液压管路供应的液压能、通过使用借助于钻柱施加的拉 伸或压缩、通过使用借助于缆绳施加的拉伸、或者通过使用由泵送到钻井中并撞击该阀的 钢球或所谓的“镖状物”施加至该阀的压力来操作通道阀或所谓“滑动套筒”。该钢球适合于 阀中的球座。当该钢球借助于重力安置在该阀的球座中时，压力密闭的密封将形成。如本领 域技术人员将获知的那样，为了打开阀，将抵抗钢球来运行泵送。镖状物具有与钢球相同的 目的，但是镖状物形成有使得易于向下泵送至阀的一个或多个橡胶鳍。在镖状物的顶端处， 通常将具有鼻部，该鼻部具有互补性地匹配阀中的相对密封表面的密封表面。

在不被操作的情况下，阀可能在钻井中被长期闲置。其结果是，该阀可能“粘住”并 且因此对于操作来说变成一种挑战。同时，经验表明，将压缩力或拉伸力从钻井表面直接传 递至这样的阀可能是困难的。这是由钻井轨迹相对于垂直方向的偏离所导致的，并且特别 是由于钻井轨迹偏离垂直方向超过60度所导致的。在借助于缆绳或钢丝绳来操作阀的那些 情况下，这是极大的挑战。

例如，这些问题尤其是由于以下事实所导致的，即从该表面传递的力的大部分被 耗费在克服钢丝绳和井壁之间的摩擦上。该问题随着钻井表面和待操作的设备之间的距离 的增大而增大。

除了该事实之外，传递用于操作该钻井设备的足够大的力可能具有挑战性，所述 摩擦力尤其将使得非常难以准确地确定向该设备供应的力的大小。通过公开文献US2,399, 766已知一种借助于设置工具进行操作的桥塞。该设置工具被设置成被连接至该塞并将旋 转力传输至该塞。为了防止该设置工具相对于塞位于其中的钻井旋转，该设置工具设有从 该设置工具的壳体伸出并与井壁接合的摩擦元件。通过沿着一个方向或其它方向赋予该塞 的旋转来执行该塞的设置和拉拔。为了拉出如此设置的塞，该设置工具必须首先被拉出钻 井直至该表面。在该表面处，在设置工具可以再次行进到钻井中以便随后被连接至该塞并 随后被致动以向该塞赋予旋转力从而使得该塞变松之前，该设置工具中的离合器板必须被 更换掉。

当设置永久性塞时，US2,399,766提出在该塞被设置并完全安装好之后使用剪切 机构来从该塞处释放设置工具。

通过公开文献US2005/0056427A1已知用于连接并控制井下设备的操控工具。该 操控工具设有用于与所述设备可释放地接合的抓取装置。该工具还设有驱动装置，以便产 生操控工具的轴向位移或旋转。

通过公开文献US2005/068775A1已知用于在钻井中使用的操控工具，该工具设 有两个马达，这两个马达带有用于致动锁定活塞的控制单元。

通过公开文献US2011/0277986A1、GB2300441A和US2006/0090900A1已知用 于在钻井中使用的其它类型的操控工具。

在国际油气工业中，尤其对于缩短与钻井维护相关的操作时间方面存在巨大关 注。因此长期以来，该工业已经清楚地表达了其对于能够缩短钻井维护期间的时间消耗的 新方法和新工具的需要，并且该工业在该方面寻求被设置成(例如在钻井装置的致动和停 用期间)完全在同一操作中操控并监测该钻井装置的操控工具。

能够在不必将该操控工具拉出管道或钻井的情况下重复使用钻井装置将导致极 大地节省时间和资源消耗。

该工业还进一步表达了对于在被用于操控钻井装置之前不必被固定至管道壁(例 如井壁)的工具的需要。这是因为已经被制成一段时间的钻井(特别是油气井)可能已经受 到磨损和腐蚀。因此，在若干年之后，在该钻井中，管道的实际材料强度将难以预知。因此， 如果管道中的剩余材料强度被过高估计，那么当工具被固定至与被执行的工作相关的管道 壁时，会存在相当大的使管道变形的风险。

发明内容

本发明的目的是消除或减少现有技术的至少一个缺陷，或者至少向现有技术提供 有用的替代方案。

通过在下列说明书中及所附权利要求书中所详细说明的特征来实现该目的。

在本发明的第一方面中，提供一种用于连接至并操作可控钻井装置的操控工具， 该操控工具包括：

-具有第一端部和第二端部的细长壳体；

-设置在壳体的第一端部中的抓取装置，该抓取装置被配置成提供与将要借助于 操控工具进行控制的钻井装置的可释放的接合，该抓取装置包括用于抵抗壳体和钻井装置 之间的旋转运动及轴向运动的构件；其中，操控工具还包括：

-设置在壳体内的至少一个操控装置，该操控装置可沿着壳体的纵向轴线在第一 位置和第二位置之间轴向移位并且可围绕所述壳体的纵向轴线旋转；

-第一驱动装置，以便产生至少一个操控装置的轴向移位；

-第二驱动装置，以便产生至少一个操控装置的旋转；

-第一驱动装置和第二驱动装置被连接至控制单元，该控制单元被设置成对向驱 动装置提供的能量供应进行控制。

可选择性地释放并被设置成抵抗壳体和钻井装置之间的旋转运动及轴向运动的 抓取装置具有使操控工具不能相对于钻井装置旋转的作用。另外，在无需将操控工具拉出 钻井的情况下，钻井装置可以被反复地连接至操控工具以及与操控工具断开连接。这使得 该工具在使用中是有效且安全的，这对于离岸操作来说是极为重要的。

通过将驱动装置定位在该工具自身中，例如由于在钻井表面和钻井装置之间延伸 的动力传递构件和井壁之间的摩擦而引起的力损失将被消除掉。其重要作用是使得，可以 非常精确地确定从操控工具的至少一个操控装置传递至钻井装置的扭矩。当要求以预定的 力或扭矩来操控钻井装置时，这是极为重要的。

借助于旋转而非使用通过压缩力或拉伸力、爆炸或氮气来操作的可轴向移动部件 来控制钻井装置具有以下作用，即允许始终知晓已经由操控工具给予钻井工具的旋转数 目。当然，这需要适当的测量设备。单独来看，这种旋转测量设备在市场上是可购买到的。

抓取装置的抵抗壳体和钻井装置之间的旋转运动的构件可以与抵抗壳体和钻井 装置之间的轴向运动的构件相同。利用这种方案，摩擦被用于抵御轴向运动。通过将扭矩施 加至至少一个操控装置之一来提供该摩擦力，这意味着当第二驱动装置不起作用时，壳体 和钻井装置之间的轴向运动可以发生。

然而，抓取装置的抵抗壳体和钻井装置之间的旋转运动的构件独立于抓取装置的 抵抗壳体和钻井装置之间的轴向运动的构件会是有利的。这具有以下作用，即允许抓取装 置的紧固构件为各自的目的而被优化。抓取装置的抵抗显著旋转力的构件可以被给予非常 耐用的设计，而抓取装置的抵抗轴向力的构件可以被形成得较为纤细并因此使得其能够更 易于控制。如果能够抵抗轴向力的抓取构件基于物理接合而非基于如上所述的摩擦，那么 不论操控装置是否承受扭矩，都可以提供该接合。由于该接合与向操控装置提供的能量供 应无关，因此该轴向接合会由此变得更加可靠。

可以借助于抓取装置的抵抗壳体和钻井装置之间的轴向运动的构件来提供这种 可靠的接合，该构件包括可径向移动的锁定装置，该锁定装置被设置成在第一位置和第二 位置之间移动，在第一位置中，该锁定装置与钻井装置的一部分脱离接合，在第二位置中， 该锁定装置与钻井装置处于径向锁定接合中。这种方案将特别适合于尤其是在钻井装置设 有所谓的打捞颈的情况下使用。

可以借助于第三驱动装置来提供所述第一位置和所述第二位置之间的运动，该第 三驱动装置被设置成影响锁定装置的位置。例如，第三驱动装置可以提供借助于推杆传递 至该锁定装置的推力。

作为所述第三驱动装置的替代方案，锁定装置的位置可以由至少一个操控装置之 一的位置确定。这具有以下作用，即允许操作者仅仅基于操控装置的位置就能具有关于抓 取装置的位置的反馈。

锁定装置可以被轴向固定至壳体的一部分，其中，锁定装置的径向位置由导向部 分来控制，该导向部分的轴向位置由至少一个操控装置之一的轴向位置确定。

在一个实施例中，壳体的一部分包括与内壳体部分的一部分交叠的外壳体部分， 其中，设置有可断裂的紧固构件，以便抵御壳体部分之间的轴向运动。内壳体部分可以在轴 向上连接至锁定装置的端部，并且外壳体部分可以在轴向上连接至操控装置，使得可断裂 的紧固构件的断裂将允许外壳体部分和内壳体部分之间的相对运动，并由此同样允许锁定 装置和导向部分之间的相对运动。通常借助于外力(例如来自震击器的外力)来实现可断裂 的紧固构件的断裂。在可断裂的紧固构件已经断裂之后，外拉力可以提供锁定装置和导向 部分之间的所述相对运动，使得操控工具可以被远离钻井装置拉动。

所述第二驱动装置可以经由动力传递单元连接至至少一个操控装置，该动力传递 单元设有动力传递构件。在这种方案中，动力传递构件互补性地适配于设置在至少一个操 控装置中的动力接收部分。该动力传递部分和动力接收部分可以通常为设置在动力传递构 件的表面的一部分上的齿轮，该齿轮与设置在操控装置的外表面或内表面的一部分上的带 齿环圈啮合。通过仅仅为所述表面的一部分设有所述齿轮/带齿环圈，可以使得驱动装置对 操控装置的影响或动力传递取决于操控装置相对于壳体的轴向位置。例如，动力接收部分 可以被以下列方式设置，即仅仅当操控装置处于第一位置或第二位置之一中或处于介于所 述第一位置和所述第二位置之间的一个或若干个其它预定位置中时，动力接收部分与动力 传递构件接合。

在一个实施例中，动力传递单元包括沿着动力传递单元的轴向方向串联设置的第 一部分和至少一个第二部分。第一部分和第二部分中的至少一个可以设有不传递动力的部 分。由此，从驱动装置向操控装置/每个操控装置的扭矩传递由操控装置在壳体中的轴向位 置确定。这将在本申请的特征部分中进一步说明。

操控工具可以设有齿轮，该齿轮将第二驱动装置操作性地连接至至少一个操控装 置。这是为了降低操控装置的旋转速度并增大其扭矩。

为了能够控制第一驱动装置和第二驱动装置，操控工具被连接至控制单元，该控 制单元被设置成对向所述驱动装置中的每一个提供的能量供应进行控制。在一个实施例 中，控制单元被集成在操控工具的壳体中。然而，在替代实施例中，控制单元可以设置于与 操控工具的壳体相距一定距离处。当操控工具与离岸钻井中的工具结合使用时，控制单元 可以被例如设置在钻井平台上或者设置在壳体和钻井平台之间的任意位置处。

操控工具的驱动装置可以是电动机或液压马达，或者驱动装置之一可以是电动 机，而驱动装置中的另一个是液压马达。在一个实施例中，在一个实施例中用以产生比第二 驱动装置少的动力的第一驱动装置为电动机，而第二驱动装置为液压马达。

不论是电动机还是液压马达，驱动装置都是一种本身已知的装置，并且在本文献 中将不再对其作任何进一步的描述。

用于驱动装置的能量可以从远离操控工具定位(例如定位在钻井平台上)的源头 提供并经由电缆进行传递。作为选择，能量可以从设置在操控工具中或在操控工具附近的 电池组提供。这些方案的结合也是可以想象到的，其中，在远程能量源或传递电缆失效的情 况下，将电池组主要用作备用方案，和/或当使用电动机和液压马达的组合时将电池组用作 用以驱动装置之一的能量源，并从所述远程能量源向驱动装置中的另一个供应能量。

根据第一方面的操控工具非常适合于操作钻井装置，例如在前述NO328302和US 8,333,219中所示的这类钻井装置。然而，现有钻井装置中的大部分被设置成借助于轴向力 来操作。为了能够将根据本发明的操控工具也用于利用轴向力来操作的钻井装置，需要一 种被设置成将来自操控工具的操控装置的扭矩转化成轴向力的适配器。

根据第二方面，提供一种用于在按照根据本发明的第一方面的操控工具的操控工 具和借助于轴向力来操作的钻井装置之间使用的适配器，该适配器包括：

-具有第一端部和第二端部的细长壳体；

-联接构件，该联接构件被设置成接收操控工具的抓取装置，该联接构件被设置在 壳体的第一端部中；

-轴，该轴被设置在壳体的第一端部中，该轴被设置成接收来自操控工具的至少一 个操控装置之一的扭矩，并且该轴在沿着壳体的纵向轴线的轴向运动方面被保持固定；

-杆，该杆被设置成可在壳体的第二端部中沿着轴向方向移动，该杆在相对于壳体 的旋转方面被保持固定，并且该杆设有用于连接至钻井装置的钻井装置联接构件，该轴设 有螺纹部分，该螺纹部分被设置成与杆的互补性地匹配的螺纹部分旋拧在一起，使得该轴 的旋转将导致杆的轴向运动。

在本发明的第三方面中，提供了一种操控可控钻井装置的方法，该方法包括以下 步骤：

-使根据本发明的第一方面的操控工具与钻井工具接触；

-致动第一驱动装置，以便：使抓取装置与设置在钻井工具的端部处的联接构件可 释放地接合；以及使至少一个可旋转的操控装置在轴向上移动成与钻井工具的一部分接 合；以及

-借助于控制装置来致动第二驱动装置以便提供至少一个操控装置之一的预期旋 转，该旋转被传递至钻井工具中的可旋转元件。

钻井工具可以为从以下组中选择的钻井装置，该组包括：阀；塞；或其组合，其中， 钻井装置被设置成借助于施加至其的扭矩来操作。

作为选择，钻井工具可以为根据本发明的第二方面的适配器，使得正是该适配器 被连接至钻井装置。这种连接以本身已知的方式借助于本身已知的设备来实现，并且在本 文献中将不再对其作任何进一步描述。

在已经实现操控装置的预期旋转之后，该方法还可以包括再次致动第一驱动装 置，以便：

-使至少一个可旋转的操控装置与钻井装置脱离接合；以及

-远离钻井工具运送操控工具。

由此，本发明还涉及一种通过使用根据本发明的第一方面的操控工具来操控可利 用轴向力来操作的钻井装置的方法，该方法包括：

-将根据本发明的第二方面的适配器装配至可利用轴向力来操作的钻井装置；

-使操控工具与适配器接触；

-致动第一驱动装置，以便：使操控工具的抓取装置与设置在适配器的端部处的联 接构件可释放地接合；以及使操控工具的至少一个可旋转的操控装置轴向地移位成与适配 器的一部分接合；以及

-借助于控制装置致动第二驱动装置以便提供至少一个操控装置之一的预期旋 转，该旋转被传递至适配器中的可旋转元件。

利用轴向力来操作的钻井装置可以例如从以下组中选择，该组包括：阀、塞、跨隔 式封隔器、或其组合。

在已经实现操控装置的预期旋转之后，该方法还可以包括再次致动第一驱动装 置，以便：

-使至少一个可旋转的操控装置与适配器脱离接合；以及

-远离适配器运送操控工具。

作为远离适配器运送操控工具的替代方案，在已经实现操控装置的预期旋转之 后，该方法可以包括：

-使操控装置的旋转继续，使得从适配器向钻井装置传递另一轴向力直至适配器 和钻井装置之间的接合被分离开为止；以及

-远离钻井装置运送操控工具和适配器。

所述替代方法可特别适合于利用轴向力来操作的钻井装置的操作，例如所谓的永 久性塞或者一些其它的以后不需要操作的永久性的钻井装置。

附图说明

以下描述了在附图中可见的优选实施例的示例，其中：

图1a以透视的方式示出了根据本发明的操控工具的局部剖视图，该操控工具包括 在第二操控装置的外侧上同轴地设置的第一操控装置，并且这些操控装置被放置成处于缩 进位置中；

图1b示出了较大比例的图1的操控工具的第一端部；

图1c示出了较大比例的图1a的细节1c；

图2a示出了图1a的操控工具，但是已经实施了操控装置从右至左的轴向移位；

图2b示出了较大比例的图2a的操控工具的第一端部；

图2c显示示出了较大比例的图2a的细节2c；

图3a示出了图2a的操控工具，但是该第一操控装置已经被轴向地移位至前进位 置，而该第二操控装置处于部分前进位置中；

图3b示出了较大比例的图3a的操控工具的第一端部；

图4a示出了图3a的操控工具，但是该第二操控装置也已经被移位至其前进位置；

图4b示出了较大比例的图4a的操控工具的第一端部；

图5示出了图4a的操控工具，但是该工具处于释放状态下；

图6a示出了图5的操控工具，但是该第一操控装置处于缩进位置中，并且该第二操 控装置处于部分缩进位置中；

图6b示出了较大比例的图6a的操控工具的第一端部；

图7示出了贯穿该操控工具的纵向轴线的一部分获取的较大比例的横截面视图；

图8示出了贯穿该操控工具的纵向轴线的一部分获取的较大比例的横截面视图；

图9示出了钻井工具的连接部分，该操控工具被设置成与该连接部分接合；

图10a和图10b示出了适配器，该适配器被设置成被放置在操控工具和钻井装置之 间；以及

图10c示出了贯穿图10b中的线A-A所见的横截面。

具体实施方式

诸如“外部”、“内部”、“左”、“右”、“上”及“下”之类的方位描述暗指附图中所示的 位置。相似或对应的元件在附图中以相同的附图标记表示，但是由于细节的丰富性，因此并 非所有部件在全部附图中都以附图标记予以表示。

在附图中，附图标记1表示根据本发明的操控工具。

操控工具1包括具有第一端部5和第二端部7的细长壳体3。

抓取装置10被设置在壳体3的第一端部5中。抓取装置10包括从该抓取装置10的内 表面突出的保持凸部12(示出了两个)。保持凸部12被设置成侧面抵靠在被设置在待操控的 钻井装置120(参见图9)上的对应凸部121上，使得至少防止钻井装置120和操控工具1之间 的相对旋转。

抓取装置10还设有锁定指14(所谓的“闩锁件”)，这些锁定指14被设置成被径向向 内驱动以接合例如钻井装置120的打捞颈(fishingneck)123(参见图9)，并且由此防止操 控工具1和钻井装置120之间出现轴向移位。下文中将更加详细地说明如何控制闩锁件14的 径向位置。

在所示实施例中，操控工具1设有第一操控装置20，该第一操控装置20同轴地设置 在第二操控装置30的外侧上。下文中，该第一操控装置还将被称为主操控器20，并且该第二 操控装置30还将被称为操作操控器30。

主操控器20和操作操控器30二者均被设置成可沿着壳体3的中心轴线轴向地移位 并且可围绕壳体3的中心轴线旋转。

主操控器20设有接合构件22，在所示实施例中，这些接合构件22与抓取装置10的 保持凸部是相同种类的构件。接合构件22被设置成与在所示实施例中待置靠在设置在钻井 工具120(参见图9)上的对应保持凸部122上的构件接合。

相应地，操作操控器30设有接合构件31，这些接合构件31被设置成与设置在钻井 工具120(参见图9)上的对应保持凸部131接合。

应当注意的是，保持凸部22和钻井装置120上的所述对应凸部122还可被用于在保 持凸部22和122之间提供如此大的摩擦力，以致于该摩擦力锁定操控工具1和钻井装置120 之间的轴向位移(间距)。在一个实施例(未示出)中，保持凸部22设有增大保持凸部22和钻 井装置120的保持凸部122之间的摩擦的构件。这种构件可以例如是锯齿表面或者其它不光 滑的表面或形状。这种方案可能依赖于已被施加至操控装置的扭矩。为了即使在没有这种 扭矩的情况下也能确保完整性，可以使用所谓的“J形槽”，该“J形槽”可以与即使该扭矩减 小也将保持完整性的钩和倒刺方案相比较。

操控装置20、30沿着壳体3的中心轴线的轴向移位借助于第一驱动装置40来提供。 第一驱动装置40被连接至杆42，该杆42设有外螺纹部46。借助于齿轮45，杆42的一部分可在 保持套筒44内轴向地移位。保持套筒44被固定地定位在壳体3内。齿轮45还设有互补性地匹 配该杆42的螺纹的内螺纹。当借助于第一驱动装置40使齿轮45旋转时，螺纹将促使杆42相 对于保持套筒44沿着轴向方向移动。下文中，第一驱动装置40还将被称为齿轮马达40。借助 于花键47来防止杆42旋转。

杆42的端部已经穿过与操作操控器30相关联的保持元件32中的开口。在所示示例 性实施例中，所述开口被设置在保持元件32的中心部分中，使得杆42与操作操控器30同轴。 借助于紧固装置46将杆42附接至保持元件32，该紧固装置46防止杆42和保持元件32之间的 轴向运动，但是允许杆42和保持元件32之间的旋转。由此，齿轮45的旋转将提供操作操控器 30相对于壳体3沿着一个方向或另一方向(取决于齿轮45的旋转方向)的轴向移位。

通过为齿轮马达40设置旋转测量装置(孤立地看，本身为已知种类的所谓分解 器)，将始终知道操作操控器30在操控工具1中的轴向位置并因此始终知道主操控器20在操 控工具1中的轴向位置。该分解器通常被连接至控制系统80，在所示实施例中，该控制系统 80以虚线表示。

在所示实施例中，其中操控工具1设有两个操控装置20、30，借助于操作操控器30 和多个承载块23(示出一个)来控制主操控器20在图1a中所示的缩进位置和图3a和图4a中 所示的前进位置之间的轴向运动，这多个承载块23被设置在处于主操控器20的壁中的相应 凹部中。

承载块23被设置成可在第一突出位置和第二缩进位置之间径向地移动。

在第一突出位置中，承载块23与承载块沟槽34接合，该承载块沟槽34形成在操作 操控器30的外表面的一部分中，如图1a和图2a中所示以及如在图2c中最佳所见。

在第二缩进位置中，承载块23被驱动出该承载块沟槽34并驱动到承载块接收沟槽 24中，该承载块接收沟槽24被设置在壳体3的内表面的多个部分中。在该缩进位置中，承载 块23置靠在操作操控器30的外表面上，如图3a、图4a中所示，尤其是如在图5中所示。

借助于设置在承载块沟槽34中的倾斜平面34'(参见图2c)将承载块23驱动出承载 块沟槽34，使得当存在操作操控器30和主操控器20之间的轴向运动时，承载块23沿着倾斜 平面34'移动。相应地，承载块接收沟槽24设有倾斜平面24'，其在图2c中最佳所见。

承载块23在所述两个位置之间的径向移动由操作操控器30从一位置到另一位置 的轴向移动提供，在所述一位置中，所述沟槽24、34在操控工具1中处于相同的轴向位置中， 在所述另一位置中，所述沟槽在轴向上相对于彼此偏置。

借助于动力传递单元50来提供主操控器20和操作操控器30中的一者或两者围绕 操控工具1的纵向轴线的旋转。

动力传递单元50经由齿轮60连接至第二驱动装置70。下文中，所述第二驱动装置 70还将被称为主马达70。在所示实施例中，主马达70是本身为已知种类的电动机，但是将会 理解的是，在替代实施例中，主马达可以是诸如本身为已知种类的液压马达或气动马达之 类的流体驱动马达。

仅仅在钻井装置120的操作所需的扭矩超过可由主马达70直接提供的扭矩的情况 下，齿轮60才是必要的。

然而，本领域技术人员将知道的是，在许多情况下为了操作钻井装置而将会需要 的扭矩将需要非常强大并且由此是体积庞大的主马达。为了能够制造最为纤细的可能的操 控工具1，对于许多应用领域来说，因此将会有利的是，在主马达70所提供的扭矩被传递至 动力传递单元50之前，借助于齿轮60来增大该扭矩。

在所示实施例中，扭矩放大器或齿轮60由五级行星齿轮构成，但是将会理解的是， 可以使用比所示的五级更多或更少的行星齿轮。附图中所示的示例性实施例反映了本发明 的运行良好的原型，其中使用了使来自主马达70的扭矩增大约一千倍的行星齿轮60。

在所示实施例中，动力传递单元50被示出为由两部件组成的一个个体，其包括第 一动力传递部分52和第二动力传递部分54，该第一动力传递部分52具有呈第一带齿环圈53 的形式的第一动力传递构件，该第二动力传递部分54具有呈第二带齿环圈55的形式的第二 动力传递构件。

第一动力传递部分52与第二动力传递部分54同轴地但间隔开轴向距离地设置。动 力传递部分52、54各自连接至所示五级中的相应一级。这意味着，第一动力传递部分52与第 二动力传递部分54一起旋转，但以不同的旋转速度旋转。第二动力传递部分54可以例如以 第一动力传递部分52十倍快的速度旋转。

操作操控器30包括驱动套筒35(参见图7)，该驱动套筒35与动力传递单元50同轴 且可相对于其轴向移位。驱动套筒35的端部设有呈内部带齿环圈36的形式的动力接收部 分，该内部带齿环圈36互补性地匹配所述第一带齿环圈53和所述第二带齿环圈55。驱动套 筒35的内部带齿环圈36在图4a中示出并且尤其是在图5中示出。

在其端部处，驱动套筒35还设有呈外部带齿环圈37的形式的动力传递构件，下文 中还将该外部带齿环圈37称为主操控器驱动环圈37。

主操控器驱动环圈37互补性地适配于设置在主操控器20的内部端部中的呈带齿 环圈的形式的动力接收部分。下文将带齿环圈27称为接收环圈27。在图7中最佳地示出了该 接收环圈27。

参考图1a-图5，操作工具1的操作将被更加详尽地进行说明。即使图1a-图5“逐步” 地示出了该操作，但是将会理解的是，从图1a中的工具的位置至图5中的工具的位置的操作 可以是连续的操作。

在图1a中，操控工具1被示出为处于初始位置中。在所示初始位置中，主操控器20 和操作操控器30二者均处于缩进位置中，在该缩进位置中，操控器20、30处于与该操作工具 1的第一端部5相距最大可能的距离处。在该位置中，齿轮马达40和主马达70二者均将被正 常地关闭掉。

当主操控器20处于该位置中时，抓取装置10的闩锁件14将相对于操控工具1的第 一端部5的内表面处于径向缩进位置中。这在图1b中出现。

图2a示出了在已通过齿轮马达40使齿轮45旋转并且该齿轮45已经致使操作操控 器30和主操控器20二者从图1a中所示的初始位置朝向操控工具1的第一端部5作短距离的 轴向移位之后的操控工具1。操控器20、30二者的同步移位因承载块23与承载块沟槽34接合 而发生，如先前所述，所述承载块沟槽34形成在操作操控器30的外表面中。

作为主操控器20的轴向运动的结果，闩锁件14将被朝向操控工具1的中心轴线径 向向内驱动一定距离。闩锁件14进行的这种径向运动由从闩锁件14突出的凸部14'在导向 槽140中移动来提供，该导向槽140被限定在成对的导向元件142之间，该成对的导向元件 142在其纵向方向上由第一端部144和第二端部146限定，参见图1b和图7。导向槽140呈现出 一导轨，该导轨始于第一端部144并在该导轨具有其终点之前朝向第二端部146延伸一定距 离。导向槽140与操控工具1的中心轴线相距的径向距离在该导轨的起点处比该导轨的终点 处大。

如从图1b所呈现的那样，每个导向元件142在第二端部146处均设有导向元件凸部 145，该导向元件凸部145延伸到设置在主操控器20的外表面的端部中的沟槽200中。沟槽 200允许主操控器20相对于导向元件142旋转，但是防止该主操控器能够在轴向方向上相对 于导向元件142移动(如果存在游隙的话，超出该游隙)。

当主操控器20被设置成处于从图1a中所示的位置向例如图2a中所示的位置的轴 向运动中时，导向元件凸部145并且由此导向元件142也将收到与主操控器20的轴向运动相 对应的轴向运动的影响。闩锁件14针对相对于操控工具1的壳体的轴向运动是固定的。主操 控器20的轴向运动将由此导致导向槽140和闩锁件14之间的相对运动。由此将促使闩锁件 14从如图1b中所示的其缩进位置移动至如例如图2b中所示的其突出位置。

当主操控器20处于如图3a、图4a和图5中所示的前进位置中时，由于导向槽140在 该位置的径向长度基本上互补性地适配于凸部14'的径向长度(如图4b中所表示的那样)， 因此将防止闩锁件14的凸部14'的径向运动并且由此也将防止闩锁件14的径向运动。

现在参考图3a，图3a示出了主操控器20已经被朝向肩部5'移动但并未触碰该肩部 5'的情况，该肩部5'从壳体3的第一端部5的内表面径向突出。主操控器20由此处于前进位 置中。

在图3a中所示的前进位置中，可以通过向主马达70供应能量(该主马达70将随后 使动力传递单元50旋转)来使主操控器20旋转。借助于控制单元80，该旋转可以是顺时针的 或逆时针的。在所示实施例中，该控制单元80被放置在操控工具1的第二端部7中，如以虚线 所表示的那样。将会理解的是，在替代实施例中，控制单元80可以被放置于与操控工具1自 身相距一定距离处，例如放置在钻探平台上或者放置在位于操控工具1和所述钻探平台之 间的某处。然而，应当提到的是，将控制单元8放置在操控工具1中或紧邻该操控工具1放置 是有利的，这是因为将因而无需专用缆绳。本领域技术人员将知道的是，这种专用缆绳将暴 露于钻井环境并且将遭受诸如撞击、挤压、拉伸应力之类的应力，这些应力全部都可能导致 缆绳的损坏并由此导致妨碍或破坏操控工具1的可控性。

在图3a中，扭矩被从动力传递单元50的第一部分52中的第一带齿环圈53经由主操 控器驱动环圈37传递至设置在主操控器20的内部部分中的接收环圈27(参见图7)而传递至 该主操控器20。由于经由形成该操作操控器30的一部分的主操控器驱动环圈37来传递旋转 的确切事实，因此，该操作操控器30也将旋转。

根据所示实施例的操控工具1非常适合于与公开文献NO328302和US8,333,219中 所示的塞一起使用，其中，主操控器20被用于致动塞的滑片和封隔器，而操作操控器30被用 于控制该塞的阀的打开和关闭。

为了使操作操控器30从图3a中所示的位置移动至图4a中所示的前进位置，由于主 操控器20已经被放置在其前进位置中的确切事实，所以操作操控器30和主操控器20之间的 互连必须被打断。换句话说，承载块23必须与操作操控器30脱离接合，这通过进一步借助于 齿轮马达40使齿轮45旋转来实现。

操控工具1被以下列方式形成，即当操作操控器30处于其前进位置中时，承载块23 将与承载块接收沟槽24处于相同的轴向位置中。

由于设置在操作操控器30的承载块沟槽34中的倾斜平面34'，在操作操控器30在 操控工具1的第一端部5的方向上继续进行轴向运动的情况下，承载块23将被驱动出承载块 沟槽34并驱动到该承载块接收沟槽24中，如上所述。承载块23与操作操控器30的接合将由 此中止，并且操作操控器30可以朝向所述第一端部5继续前进直至操作操控器30处于如图 4a中所示的其前进位置中为止。

当操作操控器30被放置在如图4a中所示的其前进位置中时，驱动套筒35的带齿环 圈36与动力传递单元50的第二带齿环圈55相接合。

在该位置中，主操控器驱动环圈37与主操控器20的接收环圈27脱离接合，并且因 此，来自主马达70的扭矩将仅仅被传递至操作操控器30。

通过以上描述，将会理解的是，通过控制操作操控器30在壳体3中的轴向位置，来 自动力传递单元50的扭矩可由此被：

-由此从如图1a、图2a和图3a中所示的动力传递单元50的第一部分52传递至第一 齿轮中的主操控器20和操作操控器30；或者

-由此从如图4a中所示的动力传递单元50的第二部分54仅仅传递至第二齿轮中的 操作操控器30。

由于动力传递单元50的第一部分52以与第二部分54不同的转数旋转的确切事实， 动力传递单元50设有具有光滑表面的不传递动力的部分或者不受约束的部分56，该不受约 束的部分56被设置在第一带齿环圈53和第二带齿环圈55之间。该不受约束的部分56的轴向 长度至少与操作操控器30的内部带齿环圈36的轴向长度一样大。

在所示实施例中，主操控器驱动环圈37与主操控器20的内表面中的接收环圈27脱 离接合，而同时，操作操控器30的内部带齿环圈36环绕所述不受约束的部分56。当操作操控 器30从图3a中所示的轴向位置向图4a中所示的轴向位置移动时，这种不受约束的位置将出 现。

与操作操控器30从图4a或图5中所示的位置至图3a中所示的位置的“缩进”相关， 主操控器驱动环圈37将碰撞(对准)动力传递单元50的第一部分52的带齿环圈53是可想象 到的。这可阻止进一步的缩进。为了避免这种状况发生，驱动套筒42设有预拉伸装置，在所 示实施例中，该预拉伸装置为弹簧43。当操作操控器30处于前进位置中时，弹簧43被拉伸。 如果操控器驱动环圈37碰撞所述带齿环圈53，则该缩进被暂时停止，同时致使动力传递部 分52旋转。由于在该情况下弹簧43的拉伸增大，因此一旦操控器驱动环圈37和带齿环圈53 没有彼此对准，操控器驱动环圈37就将被移动到带齿环圈53中。

在已经借助于操作操控器30实现了钻井装置120的期望操作之后，使齿轮马达40 反转，使得齿轮45首先将操作操控器30从其前进位置沿着操控工具1的第二端部7的方向 (在附图中从左向右)拉拔。当操作操控器30的承载块沟槽34移动经过承载块23时，承载块 23将被驱动成与承载块沟槽34接合。通过操作操控器30的进一步缩进，沿着操控工具1的第 二端部7的方向的轴向运动同样将被给予主操控器20。当主操控器20被放置在其缩进位置 中时，抓取装置10的闩锁件14将被径向向外驱动，由此松开操控工具1与钻井装置120的轴 向接合。随后可以将操控工具1从钻井中或者从操控工具1被定位于其中的任何其它钻孔中 拉出。

然而，上述缩进要求齿轮马达40及其与操作操控器30的连接是完全有效的，使得 可以促使操作操控器30及同样促使主操控器20移动至其缩进位置。

如果例如齿轮马达40不运转的情况出现，那么在不大幅度破坏钻井装置120和操 控工具1中的一者或两者的情况下，无法拉动操控工具1以使其与钻井装置120脱离接合。这 是由闩锁件14与钻井装置120的机械锁定接合所导致的。例如，本领域技术人员将知道的 是，对钻井封隔器型的钻井装置的破坏可能是非常严重的。

为了甚至是在不能使主操控器20到达如图1a中所示的其缩进位置的情况下，也能 够确保操控工具1的受控且安全的拉出，操控工具1设有安全机构，该安全机构被借助于撞 击操控工具1的第二端部7来致动。当在钻井中使用操控工具1时，通常将借助于撞击管(所 谓的震击器)来实现该撞击。

下文中将参考图2c、图4a、图5、图6a和图6b来说明该安全机构。

壳体3的一部分包括外壳体部分300，该外壳体部分300与内壳体部分302的一部分 交叠。借助于可断裂的紧固构件将壳体部分300、302彼此轴向地连接，在所示实施例中，该 可断裂的紧固构件包括至少一个剪切螺钉304(其最佳在图2c中所见)。

壳体3还设有外护套，该外护套包括串联设置的多个套筒元件306。套筒元件306中 的至少两个之间设置有轴向距离D，尤其如图4a中所示。

此外，内壳体部分302轴向地连接至闩锁件14的端部，尤其如图7中所示。

如前所述，闩锁件14的径向位置由闩锁件14相对于导向槽140的轴向位置限定，这 些导向槽140被限定在成对的导向元件142之间，并且每个导向元件142均被连接至主操控 器20，使得导向元件142遵循主操控器20的轴向运动。

图5示出了恰好在已经将外部撞击力在轴向方向上朝向第一端部5施加至第二端 部7之后的操控工具1。例如，可以借助于如上所述的震击器来供应该撞击力。这种震击器及 其操作对于本领域技术人员来说是已知的并且因此将不作进一步描述。

撞击力已经导致至少一个剪切螺钉304断裂，并且套筒元件306之间的轴向距离D 被从图4a中所示的距离减小至图5中所示的距离。在剪切螺钉304已经断裂之后，外壳体部 分300被允许相对于内壳体部分302轴向地移动有限距离，如图6a中所示。所示运动已经由 操控工具1产生，其中，该操控工具1已经承受了例如从钻探平台上的拉拔工具(未示出)传 输至壳体3的第二端部7的外拉拔力。

为了防止内壳体部分302和外壳体部分300之间的相对运动，内壳体部分302设有 防转凸部48，这些防转凸部48突出到设置在外壳体部分300中的防转切口48'中。如图1b、图 2b、图3b、图4b和图6b中所示，防转切口48'在工具的纵向方向上的长度大于凸部48的长度。 由此在剪切螺钉304已经断裂之后，允许内壳体部分302和外壳体部分300之间的轴向运动。 此外，在剪切螺钉304已经断裂之后，凸部48和切口48'帮助承载该工具的下部。这在图6b中 示出，其中，凸部48抵靠在切口48'的端部上。

通过与形成在外壳体部分300中的承载块接收沟槽24接合的承载块23将主操控器 20连接至外壳体部分300。外壳体部分300的轴向移位将由此导致主操控器20的对应移位。 因此，同样将在闩锁件14和导向槽140之间存在相对运动，并且闩锁件14被带至如图6b中所 示的缩进位置，使得操控工具1和钻井装置120之间的接合结束。现在可以将操控工具1例如 从钻井中拉出。

作为安全机构的致动的结果对操控工具1做出的唯一的“破坏”是所引起的剪切螺 钉304的断裂。操控工具1已经与其断开连接的钻井装置120将不会承受由致动操控工具1的 安全机构而引起的过大负载。

图10a-图10c示出了根据本发明的第二方面的适配器400。适配器400包括具有第 一端部404和第二端部406的细长壳体402。

图10a-图10c中所示的示例性实施例的适配器400非常适合于连接至与全部借助 于轴向力操作的跨隔式封隔器(区域隔离式封隔器)的安装、阀的打开和关闭、以及塞的设 置和拉拔结合使用的任何钻井装置。由此，操控工具1的优点甚至可以被用于基于借助于轴 向运动进行的操作的常规设备。

适配器400设有联接构件，在所示实施例中，该联接构件为打捞颈410，该打捞颈 410包括打捞颈沟槽411和肩部411'。打捞颈沟槽411被设置成接收操控工具1的闩锁件14， 而只要闩锁件14抵靠在打捞颈沟槽411上，肩部411'就防止闩锁件14轴向移动出该打捞颈 沟槽411。

适配器400还设有联接构件421及操控器联接构件413，该联接构件421互补性地匹 配操控工具1的保持凸部12，该操控器联接构件413互补性地匹配主操控器20的接合构件 22。

适配器400包括设置在壳体402的第一端部404中的轴412。在所示实施例中，轴412 大致从壳体402的中部延伸出壳体402的第一端部404一定距离。轴412被设置成当操控工具 1的主操控器20处于如图3a中所示的位置中时借助于该主操控器20旋转。

为了允许轴412旋转但不允许轴412轴向移动，设有环形凸轮420(示出了五个)，这 些环形凸轮420从轴412的表面突出并沿着轴412的纵向轴线间隔开。环形凸轮420互补性地 匹配设置在壳体402的内表面中的沟槽422。

适配器400还包括设置在壳体402的第二端部406中的杆414。在所示实施例中，杆 414大致从壳体402的中部延伸。在图10a中，杆414从壳体402的第二端部406中突出一定距 离并终止在钻井工具联接构件416中，在所示实施例中，该钻井工具联接构件416被示出为 已经被旋拧到杆414的端部中的剪切销。

为了允许杆414轴向移动但不允许杆414作旋转运动，杆414设有花键426，这些花 键426从杆414的表面突出且平行于壳体402的纵向轴线延伸。花键426互补性地匹配设置在 壳体402的内表面中的沟槽428，如图10c中所示。

轴412的下端部设有螺纹部分，该螺纹部分被设置成与杆414中的互补性匹配的螺 纹部分418旋拧在一起。轴412的旋转将导致杆414经历轴向运动并因而导致钻井工具联接 构件416也经历轴向运动。

可以借助于本领域技术人员众所周知并因此将不作任何进一步描述的构件将适 配器400附接至利用轴向力操作的钻井装置。

在图10a中，适配器处于初始位置中，在该初始位置中，轴412的螺纹部分刚刚与杆 414的螺纹部分418接合。在图10a中，杆414处于其相对于壳体402的第二端部406最为突出 的位置中。

图10b示出了在已经借助于根据本发明的第一方面的操控工具1使轴412经历一定 数量的旋转使得轴412已经被进一步旋拧到杆414的螺纹部分418中并且已将杆414在适配 器的第一端部404的方向上拉拔之后，在利用轴向力(未示出)操作的钻井装置的操作已经 被完成之后，以及在操控工具1的进一步旋转已经导致剪切销416的断裂之后的适配器400。 这种力可以通常为约90-180kN(20,000-40,000磅)。现在，适配器400和利用轴向力操作的 钻井装置之间的连接被断开，并且可以借助于操控工具1将适配器400拉出钻井。

应当强调的是，在剪切销416已经断裂之前，可以在任何时候通过将操控工具1的 闩锁件14从与适配器400的打捞颈410的接合中释放来将操控工具1从适配器400释放，如先 前在对于可以如何控制操控工具1的接合构件10的描述下所说明的那样。

借助于适配器400，操控工具1相对于其它致动工具的优点同样可以被用在利用轴 向力进行控制的钻井装置上。这种钻井装置可以例如是但不限于阀、跨隔式封隔器、或塞。