在油井或气井施工的钻孔过程中，钻头布置在钻柱的端部，其旋 转以穿过地层钻出钻孔。被称为″钻井泥浆″的钻井流体经由钻柱而泵 送到钻头，以润滑钻头。钻井泥浆还用于将钻头产生的钻屑及其他固 体通过钻柱与钻孔之间形成的环形空间携带至地表。钻井泥浆的密度 被严格控制，以防止钻孔塌陷并保证最佳地进行钻井。钻井泥浆的密 度影响钻头的钻进速度。通过调整钻井泥浆的密度，在可能发生钻孔 塌陷的不利情况下，改变钻进速度。钻井泥浆含有昂贵的合成油基润 滑剂，所以通常要回收和再次使用用过的钻井泥浆，但是这需要从钻 井泥浆中去除固体。
用于钻孔、例如油气井的顶部驱动设备是用于钻孔的两种通用设 备之一，另一种是转盘设备。顶部驱动设备通常包括一主体，所述主 体安放有用于使驱动轴旋转的马达，所述驱动轴具有可连接于单根管、 管立根或管柱的接头。管材可以是下列中的任意：钻杆、套管、衬管、 优质管材或用于井眼、例如油气井的施工、保养和维修的任何其他管 材。顶部驱动设备通常布置在钻机井架上的大体上竖直的轨道上。顶 部驱动设备利用绕过连接于顶部驱动设备的游动滑车上的天车的绳索 在轨道上提升和下放。所述绳索被卷绕在通常被称为绞车的绞盘上， 并利用该绞盘卷起和放出。顶部驱动设备因而可用于将管材下入井眼 和从井眼取出；转动钻柱以便于钻井眼；以及相对于悬挂在井眼中的 管柱转动单根管或管立根，以在钻柱的管柱上螺纹连接管材或卸下管 材，从而加长或缩短管柱。吊卡(elevator)通常依赖于附着于顶部驱 动器的联杆(links)从而便于操纵管材并与接头对齐以便与之连接及 断开。顶部驱动设备还可用于连接被动或主动卡盘和/或旋转大钳，以 便于使管材与管柱连接和拆分开。
现有技术公开了各种各样的顶部驱动系统；例如但不限于下列美 国专利中介绍的示例性顶部驱动系统及其部件：4,458,768；4,807,890； 4,984,641；5,433,279；6,276,450；4,813,493；6,705,405；4,800,968； 4,878,546；4,872,577；4,753,300；6,007,105；6,536,520；6,679,333； 6,923,254——所有这些专利不管如何都在此完全引入作为参考。
某些典型的先有技术顶部驱动钻井系统具有支撑顶部驱动器的井 架，所述顶部驱动器使管材例如钻杆旋转。顶部驱动器通常由提环支 撑在悬挂于位于天车下面的游动滑车之下的索环上。钻台上的绞车提 升和降下顶部驱动器。
某些用于支撑顶部驱动器的先有技术提环具有笔直支腿，其中， 当提环受到载荷时，三角状提环形状在整个提环上赋予应力引起的挠 曲力矩，高应力集中部位通常位于下销凸耳以及最上面的上拱部。由 于越来越大的顶部系统已经被逐步研究出来，仅仅通过增大提环以及 使之变结实以收容更重的系统。

依照本发明，提供一种用于悬挂顶部驱动器的提环，其特征在于， 提环包括从一头部分向下延伸的第一上支腿部分、从该头部分向下延 伸的第二上支腿部分、从第一上支腿部分向下延伸的第一下支腿部分 和从第二上支腿部分向下延伸的第二下支腿部分，第一下支腿部分与 第一上支腿部分成一定角度，第二下支腿部分与第二上支腿部分成一 定角度。
优选地，第一上支腿部分与第二上支腿部分从所述头部分到第一 和第二下支腿部分岔分开。有利的是，上支腿部分与第二上支腿部分 岔分开的角度在4度到14度之间。优选地，上支腿部分与第二上支腿 部分岔分开的角度为11.8度。
优选地，第一下支腿部分与第二下支腿部分从第一和第二上支腿 部分开始岔分开。有利的是，第一下支腿部分与第二下支腿部分岔分 开的角度在24到32度之间。优选地，第一下支腿部分与第二下支腿 部分岔分开的角度为27.2度。所述头部分、第一和第二上支腿部分以 及第一和第二下支腿部分全部由单块材料整体形成。
有利的是，第一和第二下支腿部分中的每个均具有便于连接顶部 驱动器的下凸耳部分。优选地，凸耳成一定角度，以便于连接顶部驱 动器，有利的是，凸耳具有其中带有一孔的面，该面形成一平面，所 述平面大体上竖直放置。
优选地，每个凸耳中均具有孔，以便于连接顶部驱动器。
有利的是，第一和第二上支腿部分以及第一和第二下支腿部分中 的至少一个具有卵形横截面。
优选地，所述头部分具有头部分横截面面积，第一和第二上支腿 部分均具有上部分横截面面积，第一和第二下支腿部分均具有下部分 横截面面积，头部分横截面面积与上部分横截面面积和下部分横截面 面积相同。作为选择，所述头部分具有头部分横截面面积，第一和第 二上支腿部分均具有上部分横截面面积，第一和第二下支腿部分均具 有下部分横截面面积，头部分横截面面积大于上部分横截面面积或下 部分横截面面积。
有利的是，在第一和第二上支腿部分中的每个与第一和第二下支 腿部分中的每个之间的交接处形成一弯曲部，所述弯曲部设置成平衡 提环上的挠曲力矩。
优选地，第一下支腿部分与第一上支腿部分之间的角度和第二下 支腿部分与第二上支腿部分之间的角度形成反向弯曲部。
本发明还提供一种顶部驱动设备，所述顶部驱动设备包括顶部驱 动器和一对提环，该对提环中的每个提环如任一前述权利要求所述的 那样。
优选地，第一下支腿部分与第一上支撑部分之间的角度和第二下 支腿部分与第二上支腿部分之间的角度形成一反向弯曲部，所述反向 弯曲部设置成用于平衡提环上的挠曲力矩。
本发明还提供了一种用于悬挂顶部驱动器的方法，该方法包括下 列步骤：从一对提环上悬挂顶部驱动器，该对提环中的每个提环如本 发明所述的那样，每个提环从一索环或行进吊钩悬挂下来。
在某些方面，本发明提供了一种用于井眼作业的顶部驱动系统， 其由具有一体的双区段支腿的提环悬挂起来，相邻区段彼此成一定角 度(″反向弯曲部″)，以形成彼此作用抵消的相反挠曲力矩，从而减 少提环上的应力。
在某些方面，本发明披露了一种带有相对的上支腿部分的提环， 每个上支腿部分与相应的下支腿部分成一定角度(反向弯曲部)。
在某些顶部驱动器支撑提环中，利用依照本发明的带有反向弯曲 部的提环进行的与顶部驱动器主体的主体凸耳的连接使得作用在主体 凸耳上的应力较小。
在某些方面，依照本发明的支腿弯曲的提环与带有笔直支腿的类 似提环相比占据的竖直空间较小。在某些方面，依照本发明的提环可 以处理特别的载荷和/或应力水平，与带有笔直支腿的提环相比，具有 较小的横截面。
在某些方面，依照本发明，提环的不同部分在横截面上可以有选 择地比其他部分大或厚重；例如，顶部弯曲部分在横截面上可以比顶 部部分下面的支腿部分大。
在某些方面，使用支腿部分之间带有弯曲部的提环支腿，能够减 少提环支腿上的所有应力，作用于支腿凸耳连接的主体上的应力也被 减少。
这样的系统中，提环具有带有反向弯曲部的支腿或者具有彼此成 一定角度的双支腿区段，可选择地，在每个支腿上带有与支腿成一定 角度的底部凸耳。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在参照作为例子给出的附图，其中：
图1A是依照本发明的顶部驱动设备的侧视图，所述顶部驱动设 备包括依照本发明的支撑提环；
图1B是图1A中所示顶部驱动设备的前视图；
图2A是依照本发明的支撑提环的前视图；
图2B是沿图2A所示线2B-2B剖取的支撑提环的横断面视图；
图2C显示了依照本发明的支撑提环的部分的横截面形状；
图3A是图1A中所示支撑提环的侧视图；
图3B是图3A中所示支撑提环的前视图；
图3C是图3A中所示提环的侧视图(与图3A的侧面相对)；
图3D是图3A中所示支撑提环的后视图；
图3E是图3A中所示支撑提环的俯视图；
图3F是图3A中所示支撑提环的仰视图；
图3G是沿图3D中线3G-3G剖取的横截面视图；
图4A是依照本发明的顶部驱动设备的透视图，所述顶部驱动设 备包括依照本发明的支撑提环；
图4B是图4A中所示顶部驱动设备的前视图；和
图4C是图4A中所示顶部驱动设备的侧视图。

图1A和1B示出了依照本发明的顶部驱动设备100，其具有依照 本发明的从索环102上悬挂下来的支撑提环104。使主轴160旋转的 马达120支撑在主体130上。机罩110支撑鹅颈管106和冲洗管108， 流体穿过所述鹅颈管106和冲洗管108泵送至顶部驱动设备100并穿 过它泵送。
一齿轮系外壳140位于马达120下方。
环齿轮外壳150封装环齿轮152及其相关部件。
一任选的牵引链系统170位于齿轮系下方，其包括牵引链及其相 关部件，包括软管和索缆。除了牵引链系统之外，也可以使用旋转头 系统来为联杆适配器180及与之相连的零件的重新定向提供足够的旋 转。
支撑提环104的上部分延伸过索环102的臂103，并由臂103支 撑。每个支撑提环104具有通过销107可枢转地连接于主体130的两 个间隔开的下端105。两个支撑提环104的这种使用将支撑载荷分配 到主体130上，并为载荷提供一个四点式支撑。
图2A和2B显示了依照本发明的提环10(与图1A和1B中的提 环104类似)，其带有主体12，主体12具有上头部14、第一上支腿部 分16、第二上支腿部分16a、第一下支腿部分18和第二下支腿部分 18a。第一和第二下支腿部分18、18a每个均具有底部凸耳20，销孔 21贯穿所述底部凸耳20。上头部14弯曲以收容索环102或其他支撑 件。弯曲部环绕的角度略小于180度。上支腿部分16相对于提环的中 心线C成角度A，第一和第二下支腿部分18、18a与中心线C成角度 B。如图所示，角度A为3.5度，角度B为13.6度。在某些方面以及 对依照本发明的任何提环来说，角度A可以在2度到7度之间。在某 些方面以及对依照本发明的任何提环来说，角度B可以在12度到16 度之间。一反向弯曲部N形成在上支腿部分16和下支腿部分18之间。 对依照本发明的任何提环来说，反向弯曲部N可以位于沿着提环支腿 长度上的任何地方(即顶部附近、底部附近或它们之间的任何地方)。 对依照本发明的任何提环来说，反向弯曲部N的半径可以在锐弯半径 (半径＝0)与消除支腿的笔直片段的大半径之间变化。没有直线区段 的支腿的曲率(长度/半径)可以小至零(笔直支腿，无限大半径)。 依照本发明的任何提环的总高度可以为任意希望的高度，提环宽度可 以为适用于特定装备、例如特定卷扬设备的任何希望的宽度。第一和 第二上、下支腿部分16、16a、18、18a关于中心线对称。
底部凸耳20平行于中心线C。底部凸耳与下支腿部分18成一定 角度D。在某些方面，D可以在1度到45度之间。如图所示，提环 10具有基本上为卵形的横截面CS。对该横截面来说，任何希望的形 状都落在本发明的范围之内(例如图2C中所示的形状)，例如环形、 正方形、三角形、六边形、矩形、尖顶形或带有弯曲侧面和/或圆角的 任何几何形状。该横截面形状可以是满足已知的基于标准梁设计工艺 的刚性和强度标准的任何形状。在某些方面，顶部弯曲部分可以弯曲 成与支撑索环102的鞍形部相匹配。上支腿部分可具有不同于下支腿 部分的横截面形状。
图3A到3F显示了依照本发明的提环50，其类似于图1A和2A 中的提环。提环50具有顶部弯曲部分52、上支腿部分54、下支腿部 分56和带有销孔59的凸耳58。如图3G所示，提环具有基本上卵形 的横截面形状。在提环50的某些方面，角度A为5.9度，角度B为 14.5度；或者角度A为5.9度，角度B为13.8度。
支腿的反向弯曲部S在提环上形成相反的挠曲力矩，部分地抵消 了在支腿为笔直的情况下可能存在的挠曲力矩的效应。这些弯曲部在 它们存在的地方产生局部应力，但这些应力为较低的应力。通过在弯 曲位置增大应力，总的最大应力(在下支腿部分/上支腿部分交接部分 和在下凸耳上)显著减小(例如，在有些方面，减少33％)。这允许 利用较小的横截面，使用较少的钢制造总体较轻的部件，从而更经济 地制造。
如图3G所示，提环具有卵形横截面。可以使用任何合适的横截 面形状，包括圆形(例如参见图2C)。
图4A到4C显示了依照本发明的带有本发明的提环150的系统 140。提环150利用销142插接在顶部驱动设备146的主体104上。顶 部驱动设备146包括马达148、鹅颈管141、冲洗管143、机罩145和 齿轮系147。顶部驱动轴136由马达148带动转动。
每个提环150具有主体152，所述主体152带有顶部弯曲部分154、 上支腿部分156、下支腿部分158和凸耳159。支腿部分156和158 之间存在一反向弯曲部。销142贯穿凸耳159中的孔157；和主体144 的突起137中的孔139；延伸至主体104的孔149中。如图所示，顶 部弯曲部分154具有较大的尺寸和比上、下支腿部分158、159的横截 面面积大的横截面面积。在其他实施例中，顶部弯曲部分可以具有与 上、下支腿部分的横截面面积相同的横截面面积。
提环的这些部分的横截面自始至终(顶部弯曲部分、上支腿部分、 下支腿部分)都类似且也在本发明的范围之内；或者，如图4A和4B 所示，顶部弯曲部分、例如所示部分154的横截面可以比支腿部分更 大或更厚重。在某些方面，所述弯曲部的几何形状设计成能够平衡提 环上的挠曲力矩(″几何形状″涉及弯曲部的竖直位置和弯曲部的偏移 量，″偏移量″是从所述弯曲部的顶到支腿在笔直的情况下具有的理论 中心线的距离)。在这种情况下，当所述弯曲部的几何形状平衡提环上 的挠曲力矩时，横截面恒定不变。在其它情况下的所述弯曲部的位置， 例如所述弯曲部位于非理想位置，使得提环顶部的力矩大于底部的力 矩，反之亦然，增大高力矩区域(例如提环顶部或顶部附近)的横截 面，以使应力保持向下。
所以，在某些但非全部的实施例中，本发明提供了一种用于井眼 作业的顶部驱动系统，顶部驱动系统包括顶部驱动设备、用于支撑顶 部驱动设备的提环，顶部驱动设备悬挂于所述提环，所述提环包括第 一提环和第二提环，第一提环和第二提环中的每个具有带有上头部的 主体，所述主体具有两个间隔开的支腿，每个支腿带有上支腿部分和 下支腿部分，两个上支腿部分连接于所述上头部，并由此向下突伸， 上支腿部分彼此不平行，并且各个上支腿部分与提环的中心线成一在 上面的角从所述上头部延伸，各个下支腿部分从相应的上支腿部分向 下延伸，各个下支腿部分与其相应的上支腿部分成一定角度，并从提 环的中心线相对于其相应的上支腿部分成一反向弯曲地向外突出，各 个下支腿部分具有一底端。
所以，在某些但非全部的实施例中，本发明提供了一种用于支撑 零件的提环，提环包括带有上头部的主体；主体具有两个间隔开的支 腿，每个支腿包括上支腿部分和下支腿部分；两个上支腿部分连接于 所述上头部，并由此向下突伸，上支腿部分彼此不平行，并且各个上 支腿部分与提环的中心线成一在上面的角从上头部延伸；各个下支腿 部分从相应的上支腿部分向下延伸，各个下支腿部分与其相应的上支 腿部分成一定角度，并从提环的中心线相对于其相应的上支腿部分成 一反向弯曲地向外突出，各个下支腿部分具有一底端。这样的提环可 以具有下列中的一个或多个任意可能的组合：各个支腿主体具有卵形 的横截面；其中在上面的角的范围为2度到7度；其中各个下支腿部 分与提环的中心线成一在下面的角向下延伸，该在下面的角的范围为 12到16度；其中在各个上支腿部分和下支腿部分之间的交接处形成 一弯曲部，所述弯曲部设置成平衡各个提环上的挠曲力矩；其中各个 提环在整个提环主体上具有恒定尺寸的横截面；其中各个提环主体的 第一部分具有第一横截面尺寸，提环主体的第二部分具有第二横截面 尺寸，第一横截面尺寸不同于第二横截面尺寸；和/或其中第一部分位 于提环顶部的具有较高挠曲力矩的提环区域中，第一横截面尺寸大于 第二横截面尺寸。
所以，在某些但非全部的实施例中，本发明提供了一种用于支撑 井作业的顶部驱动器的提环，提环包括带有上头部的主体；主体具有 两个间隔开的支腿，每个支腿包括上支腿部分和下支腿部分；两个上 支腿部分连接于所述上头部，并由此向下突出，上支腿部分彼此不平 行，并且各个上支腿部分与提环的中心线成一在上面的角而从上头部 延伸；各个下支腿部分从相应的上支腿部分向下延伸，各个下支腿部 分与其相应的上支腿部分成一定角度，并从提环的中心线成一在下面 的角而向外突出，并相对于其相应的上支腿部分成一反向弯曲部；其 中所述在上面的角的范围为2度到7度；其中，在下面的角的范围为 12到16度；和所述反向弯曲部设置成用于平衡各个提环上的挠曲力 矩。