專(zhuān)利名稱：用于脫機(jī)支架組合的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在不中斷鉆井作業(yè)的情況下用于在石油鉆井平臺(tái)上裝載、互連、分開(kāi)和儲(chǔ)存管子的一體化的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
在常規(guī)的石油鉆井平臺(tái)上鉆井操作期間，當(dāng)鉆頭深入井眼這樣的距離，使得只有小部分鉆柱從鉆臺(tái)的上表面向上延伸時(shí)，鉆井操作必須停止，并將新的管子鉆柱部分從位于鉆臺(tái)外部的儲(chǔ)存地點(diǎn)或架(rack)中取出，并連接到鉆柱的上端上。一旦連接了新的部分，則可以繼續(xù)鉆井操作。通常，鉆柱部分的長(zhǎng)度為30英尺或約10m。這意味著每次鉆頭再深入地下10m，則鉆井操作就必須停止，并且必須如上所述地加入另一個(gè)鉆柱部分。
這種作業(yè)產(chǎn)生相當(dāng)長(zhǎng)的停機(jī)時(shí)間，在所述停機(jī)時(shí)間里沒(méi)有實(shí)際鉆井發(fā)生。由于實(shí)際上對(duì)鉆機(jī)的投資提高(作為例子，離岸鉆機(jī)的每天租金可以是大約50000美元)，所以即使所必的停機(jī)時(shí)間相對(duì)較小的減少量也具有很大的經(jīng)濟(jì)意義。
通常用來(lái)減少鉆機(jī)停機(jī)時(shí)間的一種技術(shù)方案是將兩個(gè)鉆柱部分裝配到20m的支架中，上述兩個(gè)鉆柱部分或者是單管，各具有約10m的長(zhǎng)度，或者是雙管，該雙管由以下步驟制成，即，將各單管的鉆柱部分放在鄰近鉆井開(kāi)口的狹窄的小鼠洞(mousehole)中，并通過(guò)使用空氣卷?yè)P(yáng)器(air tugger)和旋轉(zhuǎn)板手連接各單管，而同時(shí)鉆井操作繼續(xù)進(jìn)行。在美國(guó)專(zhuān)利No.4850 439中說(shuō)明了用于這種脫機(jī)支架組合的一個(gè)示例性系統(tǒng)和設(shè)備，其公開(kāi)內(nèi)容在此被引入作為參考。然而，盡管這些常規(guī)的脫機(jī)支架組合系統(tǒng)在鉆井作業(yè)中產(chǎn)生顯著的效率，但它們一般利用許多復(fù)雜的設(shè)備部件，如絞車(chē)和多用途管操作機(jī)，上述許多復(fù)雜的設(shè)備部件導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜、成本高，并需要大量的工作中的維修。
因此，需要更簡(jiǎn)單、成本更低的系統(tǒng)，用于為標(biāo)準(zhǔn)石油平臺(tái)提供脫機(jī)支架組合和管操作功能。
發(fā)明概述本發(fā)明提供用于在鉆臺(tái)上許多不同位置之間移動(dòng)管子的方法和設(shè)備，上述不同位置包括離臺(tái)架、制備開(kāi)口、井眼和儲(chǔ)存區(qū)，使得管子可以裝載到鉆臺(tái)上，在制備開(kāi)口處制備，裝到儲(chǔ)存架上或從儲(chǔ)存架上卸下，并在井眼處進(jìn)行鉆井的同時(shí)連接到鉆柱上。
在一個(gè)實(shí)施例中，方法和設(shè)備包括至少兩個(gè)管操作裝置，用于連通離開(kāi)鉆臺(tái)的儲(chǔ)存區(qū)、在鉆臺(tái)上的儲(chǔ)存區(qū)、至少一個(gè)制備開(kāi)口和鉆井開(kāi)口之間的管子。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，至少兩個(gè)管操作裝置中的一個(gè)是管子裝載和制備管操作裝置，其被設(shè)計(jì)用來(lái)從鉆機(jī)的V形門(mén)中輸送鉆管或其它管子的接頭，并把它們輸送到一對(duì)用于組合支架的制備開(kāi)口中，并同時(shí)在油井中心處繼續(xù)進(jìn)行鉆井活動(dòng)。在一個(gè)這種的實(shí)施例中，系統(tǒng)包括支架組合桁架裝置，所述支架組合桁架裝置包括安裝在井架內(nèi)適當(dāng)位置中的豎直桁架，在所述位置處它可以利用繞豎直軸線的動(dòng)力旋轉(zhuǎn)進(jìn)出V形門(mén)起吊點(diǎn)和制備開(kāi)口。
在另一個(gè)實(shí)施例中，管子裝載和制備管操作裝置的半徑與管子扭轉(zhuǎn)裝置如標(biāo)準(zhǔn)鐵鉆工的工作范圍相交，用于在管子之間形成連接。在這個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于鐵鉆工(iron roughneck)的工作范圍來(lái)說(shuō)，優(yōu)選的是也與油井中心和制備開(kāi)口相交，用于在脫扣(tripping)時(shí)形成連接用。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，管子裝載和制備管操作裝置的半徑也被設(shè)計(jì)為穿過(guò)V形門(mén)與鉆井平臺(tái)的邊緣相交，從而管操作裝置可以從離開(kāi)鉆井平臺(tái)的外部，例如通過(guò)管子斜坡從外部?jī)?chǔ)存區(qū)吊起管子。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，至少兩個(gè)管操作裝置中的一個(gè)是儲(chǔ)存管操作裝置，所述管操作裝置包括機(jī)械手臂，所述機(jī)械手臂一般安裝在桅桿式或井架式鉆井結(jié)構(gòu)中，以便提供用于將在油井中心或支架組合位置之間的鉆管或鉆鋌移動(dòng)到收進(jìn)位置，并再次返回。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括裝載、建造和鉆井的方法，所述方法包括一系列的步驟，這些步驟包括用裝載和制備管操作裝置將管子從鉆臺(tái)之外移動(dòng)到鉆臺(tái)上，然后在制備開(kāi)口處取出管子建造管子的支架，然后通過(guò)儲(chǔ)存管操作裝置將制得的支架從制備開(kāi)口拉到儲(chǔ)存區(qū)。
在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，在操作期間，裝載和制備管操作裝置在V形門(mén)起吊點(diǎn)處吊起管體，并將所述管體移動(dòng)到第一制備孔位置。然后將裝載和制備管操作裝置移回到V形門(mén)起吊位置，并將第二管體吊起和旋轉(zhuǎn)到制備開(kāi)口和放在第二制備開(kāi)口中。將裝載和制備管操作裝置與管體分開(kāi)，并將裝載和制備管操作裝置旋轉(zhuǎn)回到V形門(mén)起吊位置，將第三接頭起吊和旋轉(zhuǎn)到第一制備開(kāi)口上方的位置中，并用鐵鉆工或其它常規(guī)扭轉(zhuǎn)扳手與第一管子接合成雙管。然后將雙管吊起脫離第一制備開(kāi)口，將裝載和制備管操作裝置旋轉(zhuǎn)到第二制備開(kāi)口上方，使雙管與第三管體接合以便形成三管件(treble)或支架。然后吊起所形成的長(zhǎng)度，并將裝載和制備管操作裝置朝儲(chǔ)存管操作裝置方向旋轉(zhuǎn)。利用儲(chǔ)存管操作裝置來(lái)接收裝載和制備管操作裝置中的長(zhǎng)度，并且儲(chǔ)存管操作裝置使支架收回和移入儲(chǔ)存區(qū)中所希望的位置。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，按照本發(fā)明所述的方法和設(shè)備中所用的接頭或管體部分可以包括鉆管單體、油井套管單體、鉆鋌、穩(wěn)定器、找中器、刮管器、鉆頭和其它鉆柱或鉆井套管部件及生產(chǎn)管部分。通過(guò)使用按照本發(fā)明所述的方法，這些管體部分可以裝載成管段，如鉆井支架和油井套管支架(通常是雙重或三重支架)，井底組件或井底組件部件，測(cè)井組件，等等。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的方法和設(shè)備也可以用來(lái)拆卸管段，然后可以將產(chǎn)生的若干管體部分或單管輸送到鉆臺(tái)上的儲(chǔ)存區(qū)或者輸送到鉆臺(tái)外部可供選擇的儲(chǔ)存地點(diǎn)。
應(yīng)該理解，按照本發(fā)明所述的鉆機(jī)可以是陸地鉆機(jī)及離岸鉆機(jī)。


通過(guò)參考下面的詳細(xì)說(shuō)明并結(jié)合附圖能更好理解本發(fā)明的這些和其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是按照本發(fā)明所述的鉆孔的一個(gè)示例性實(shí)施例的井架的側(cè)視圖；圖2是按照本發(fā)明所述的示例性裝載和制備管操作裝置的示意圖；圖3是按照本發(fā)明所述的示例性儲(chǔ)存管操作裝置的示意圖；圖4是示出圖1所示的鉆機(jī)的示例性實(shí)施的鉆臺(tái)的示意性頂部平面圖；以及圖5是按照本發(fā)明所述的具有離平臺(tái)管操作能力的示例性裝載和制備管操作裝置的示意圖；圖6-21是與圖1所示的井架相對(duì)應(yīng)的示意性側(cè)視圖，并示出按照本發(fā)明的鉆井方法的一個(gè)示例性實(shí)施例的各種不同步驟。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種用于使管在鉆臺(tái)上許多不同位置之間移動(dòng)的設(shè)備，上述許多不同位置包括離臺(tái)架(off-floor rack)、制備開(kāi)口、井眼和儲(chǔ)存區(qū)，因此管子可以裝到鉆臺(tái)上，布置在制備開(kāi)口處，裝載在儲(chǔ)存架上或者離開(kāi)儲(chǔ)存架，并在井眼處進(jìn)行鉆井的同時(shí)連接到鉆柱上。
結(jié)合本發(fā)明的示例性鉆機(jī)在附圖的圖1中示意性地示出，并且通常包括井架10，井架10從鉆臺(tái)或平臺(tái)區(qū)11向上延伸。包括運(yùn)動(dòng)滑車(chē)13和轉(zhuǎn)鉤組件14的鉆井絞車(chē)12安裝在井架10的上部。通過(guò)鉆井絞車(chē)12以本身已知的方式懸掛頂部驅(qū)動(dòng)單元15，頂部驅(qū)動(dòng)單元15安裝在托架16上，以便可沿著豎直延伸的軌道17移動(dòng)。因而懸掛的鉆井絞車(chē)12和頂部驅(qū)動(dòng)單元15基本上與限定在鉆臺(tái)中的鉆井開(kāi)口18對(duì)準(zhǔn)，并且頂部驅(qū)動(dòng)單元15可以與穿過(guò)鉆井開(kāi)口18的鉆柱19的上端旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)接合。
至少一個(gè)裝配或制備開(kāi)口21位于鉆井開(kāi)口18附近，該裝配或制備開(kāi)口21限定在鉆臺(tái)11中。在制備開(kāi)口21和豎直的或V形門(mén)25附近還設(shè)置了用于裝載鉆管和制備鉆井支架22(“裝載和制備管操作裝置”)的管操作和輸送機(jī)構(gòu)，上述管操作和輸送機(jī)構(gòu)包括豎直延伸的框架23和安裝在框架23上的豎直對(duì)準(zhǔn)的夾緊裝置24，而豎直的或V形門(mén)25如外部狹窄的過(guò)道25a和管子進(jìn)出坡道25b設(shè)置在井架10的一側(cè)，該側(cè)用于進(jìn)入遠(yuǎn)離鉆臺(tái)11的區(qū)域。
鉆臺(tái)11還可以包括儲(chǔ)存區(qū)26和27，儲(chǔ)存區(qū)26和27例如通過(guò)常規(guī)的指板28布置在井架范圍內(nèi)的收進(jìn)區(qū)中，用于儲(chǔ)存處于豎直位置的鉆柱或油井套管支架或井底組件部件。在這個(gè)實(shí)施例中，用于從從儲(chǔ)存區(qū)26和27中裝載和卸載管子支架的第二管操作和輸送機(jī)構(gòu)29(“儲(chǔ)存管操作裝置”)包括可旋轉(zhuǎn)和可延伸的夾緊裝置31，輸送機(jī)構(gòu)29通常是安裝在井架結(jié)構(gòu)內(nèi)的收進(jìn)區(qū)中，以使在井中心或支架組合位置之間的管子移動(dòng)到收進(jìn)位置或再次返回。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如圖1-3中所示，第二管操作裝置29安裝在兩個(gè)儲(chǔ)存區(qū)26和27之間的井架的上部中。
鉆臺(tái)還載有與鉆井絞車(chē)12有關(guān)的升起工件32。司鉆室33和用于準(zhǔn)備絞車(chē)和其它裝置的操作人員的操作室34也位于在鉆臺(tái)上。應(yīng)該理解，盡管在圖1中示出這些裝置的一種構(gòu)造，但在本發(fā)明的脫機(jī)支架體系統(tǒng)中可以采用這些元件的任何功能布置。
如圖2中詳細(xì)示出的，在一個(gè)實(shí)施例中，裝載和制備管操作和輸送機(jī)構(gòu)(管操作裝置)22包括豎直軸35，豎直軸35安裝在下部旋轉(zhuǎn)平臺(tái)36和上部旋轉(zhuǎn)平臺(tái)37中，因此豎直軸可以繞其縱向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。在這個(gè)實(shí)施例中，夾緊裝置24可以包括夾具，所述夾具固定在一提升鋼絲繩的端部處，所述提升鋼絲繩設(shè)置在具有固定半徑的臂的端部處，或者可供選擇地，可以固定在臂的端部處，所述臂的端部可以從豎直軸35向外延伸一預(yù)定距離。在任何一個(gè)實(shí)施例中，夾緊裝置24可以隨著軸35旋轉(zhuǎn)而繞管操作和輸送機(jī)構(gòu)的軸線旋轉(zhuǎn)，因此夾緊裝置24在具有限定外部半徑的圓38內(nèi)移動(dòng)，所述圓38在圖2中用點(diǎn)虛線表示。
如圖4所示，裝載和制備管操作和輸送機(jī)構(gòu)22被這樣地對(duì)準(zhǔn)，即裝置38的沖程和行程使管子在V形門(mén)和制備開(kāi)口之間運(yùn)動(dòng)。然而，應(yīng)該理解，也可以用裝載和制備管操作和輸送機(jī)構(gòu)的其它適當(dāng)結(jié)構(gòu)。例如，如各附圖示出的，夾緊裝置也可以沿豎直方向提升和升起管子。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，裝載和制備管操作和輸送機(jī)構(gòu)也可以提供一提升機(jī)構(gòu)，該提升機(jī)構(gòu)用來(lái)將管子升起離開(kāi)鉆臺(tái)11，例如通過(guò)管子斜坡11b從狹窄的過(guò)道11a(如圖5所示)升起到夾緊裝置24的沖程和行程的范圍內(nèi)。如圖5所示，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，絞車(chē)被設(shè)計(jì)成向外延伸越過(guò)斜坡11b離開(kāi)鉆臺(tái)11，管子可以從平臺(tái)外的狹窄過(guò)道11a直接升起到輸送機(jī)構(gòu)22的外部有效范圍。這種設(shè)計(jì)防止與管子的裝載和卸載有關(guān)的正常擺動(dòng)偏離鉆井平臺(tái)11。
在這個(gè)實(shí)施例中，用來(lái)沿垂直軸35上和下提升裝載和制備機(jī)構(gòu)22的夾緊裝置24的提升鋼絲繩24a穿過(guò)在夾緊裝置24的固定半徑臂端部處的組件運(yùn)行，從而當(dāng)夾緊裝置下降到軸35的底部和到達(dá)停止位置時(shí)，提升鋼絲繩和在提升鋼絲繩24a端部的夾具24b能進(jìn)一步從斜坡11b向下運(yùn)動(dòng)到狹窄的過(guò)道11a上。然后一旦夾具24b連接到接頭上，提升鋼絲繩24a將向后收縮到裝載和制備機(jī)構(gòu)22的主體上。而當(dāng)夾具24b碰到主夾緊裝置24的下側(cè)時(shí)，夾緊裝置24b重新與固定半徑的臂連接，并且整個(gè)夾緊機(jī)構(gòu)可以被沿豎直構(gòu)架35向上吊起，如在正常操作中那樣。
應(yīng)該理解，盡管上面說(shuō)明了裝載和制備管操作裝置的優(yōu)選實(shí)施例，但任何合適的管操作裝置都能功能性地在V形門(mén)和至少一個(gè)制備開(kāi)口之間操縱和輸送管子，在本發(fā)明中可以采用第二管操作裝置。
如圖3中詳細(xì)示出的，在一個(gè)實(shí)施例中，儲(chǔ)存管操作裝置29通常包括可延伸的夾緊臂31，所述夾緊臂31在其端部上具有夾緊裝置39，夾緊裝置39安裝到儲(chǔ)存區(qū)26和27之間的井架結(jié)構(gòu)內(nèi)的收進(jìn)區(qū)中的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)40上。儲(chǔ)存管操作裝置29通常提供用于管子在油井中心或者支架組合位置之間運(yùn)動(dòng)到收進(jìn)位置并再次返回。如所示的，臂31上的夾緊裝置39可以從豎直軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)40向外延伸預(yù)定的距離。因?yàn)閵A緊裝置39可以延伸，并且當(dāng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)40旋轉(zhuǎn)時(shí)繞儲(chǔ)存管操作機(jī)構(gòu)的軸線旋轉(zhuǎn)，所以?shī)A緊裝置39可以在限定外部半徑的圓41內(nèi)移動(dòng)，上述限定外部半徑的圓41在圖3中用點(diǎn)虛線表示。如圖4所示，儲(chǔ)存管操作和輸送機(jī)構(gòu)29被這樣對(duì)準(zhǔn)，即，使裝置41的沖程和行程用于使管子在儲(chǔ)存區(qū)26和27、制備開(kāi)口21和鉆井開(kāi)口18之間運(yùn)動(dòng)。然而，應(yīng)該理解，儲(chǔ)存管操作和輸送機(jī)構(gòu)的其它合適的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)也可以使用，以便保持在至少一個(gè)制備開(kāi)口、儲(chǔ)存區(qū)和鉆井開(kāi)口之間操縱和輸送管子的功能。
此外，盡管上面示出和說(shuō)明了一個(gè)示例性的鉆臺(tái)，但也可以建造其它的構(gòu)造，以便包括本發(fā)明的組合式裝載和制備管操作裝置和儲(chǔ)存管操作裝置。例如，也可以將所謂的井底部小直徑井眼(rathole)限定在鉆臺(tái)中，用于在希望使用與鉆臺(tái)相連的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤(pán)驅(qū)動(dòng)裝置的情況下接收方鉆桿。在井架中還可以形成與常規(guī)V形門(mén)成并排關(guān)系的第二V形門(mén)，鉆柱和油井套筒部件可以穿過(guò)上述第二V形門(mén)直接加到制備開(kāi)口上。
最后，應(yīng)該理解，本發(fā)明的管子操作系統(tǒng)的最終結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)將取決于鉆機(jī)的各個(gè)部件的設(shè)計(jì)和位置，上述各個(gè)部件包括V形門(mén)、制備開(kāi)口、鉆井開(kāi)口和相關(guān)的絞車(chē)、儲(chǔ)存區(qū)和管子扭轉(zhuǎn)工具。
本發(fā)明還涉及利用上述脫機(jī)支架組合系統(tǒng)操縱鉆機(jī)的方法?，F(xiàn)在將相對(duì)于圖6-21說(shuō)明上述鉆機(jī)的操作的一種示例性方法。圖6-13示出如何能在本發(fā)明的脫機(jī)支架組合系統(tǒng)中進(jìn)行鉆井活動(dòng)，并同時(shí)可以用下面所述的方式裝配任何數(shù)量的管子支架或組件。
總體上，根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)示例性實(shí)施例以用下述方式裝配標(biāo)準(zhǔn)的三管支架將第一單管體部分，如鉆井管部分46a穿過(guò)V形門(mén)25從井架10外部裝入，從離開(kāi)鉆臺(tái)的狹窄過(guò)道11a上升到管子斜坡11b(圖6)，旋轉(zhuǎn)到制備開(kāi)口上方的位置(圖7)，然而通過(guò)裝載和制備管操作裝置22的絞車(chē)下降到制備開(kāi)口21中(圖8)。在這個(gè)實(shí)施例中，絞車(chē)可以采取多種形式。例如，絞車(chē)可以是只能用來(lái)使管子穿過(guò)V形門(mén)到達(dá)裝載和制備管操作裝置的獨(dú)立提升裝置。然而，優(yōu)選的是，裝載和制備管操作裝置本身的提升機(jī)構(gòu)是這樣設(shè)計(jì)的，即，當(dāng)下降時(shí)，夾具本身可以下降到斜坡上，并且首先可以用這個(gè)夾具絞車(chē)將單個(gè)管體部分從鉆井區(qū)的外部提升到管子斜坡11b上方穿過(guò)V形門(mén)到達(dá)管操作裝置22的主體，如上面圖5中所述。隨后，將卡瓦(slip)固定，松開(kāi)裝載和制備管操作裝置22，并用同樣方式使第二單個(gè)管體部分46b或管子穿過(guò)V形門(mén)。裝載和制備管操作裝置22或者是將這個(gè)第二單個(gè)管子46b放入第二相鄰的制備開(kāi)口47中，如圖9所示，或者是將這個(gè)第二單個(gè)管子46b懸掛在制備開(kāi)口中第一單個(gè)管子46a的上方和靠近所述第一單個(gè)管子46a，而同時(shí)通過(guò)常規(guī)的管子扭轉(zhuǎn)裝置如鐵鉆工(Ironroughneck)48或者通過(guò)安裝在裝載和制備管操作裝置22(未示出)上的管子扭轉(zhuǎn)裝置，將兩個(gè)單個(gè)管子46a和46b裝配在一起。應(yīng)該理解，盡管在圖9中示出和上面說(shuō)明的管子扭轉(zhuǎn)裝置48被設(shè)計(jì)成旋轉(zhuǎn)進(jìn)出位置，但也可以使用其它合適的設(shè)計(jì)，如帶有沿著與這樣路線對(duì)準(zhǔn)的線性行程的管子扭轉(zhuǎn)裝置，即，它可以到達(dá)制備開(kāi)口21和鉆井開(kāi)口18，或者一種具有可旋轉(zhuǎn)和線性行程的組合裝置。
此外，盡管上面把制備開(kāi)口描述成包括卡瓦，但應(yīng)該理解，可以利用任何用于將管子保持在制備開(kāi)口內(nèi)的合適機(jī)構(gòu)。例如，制備開(kāi)口可以包括帶有固定或者可調(diào)底部的管套，因而在鉆臺(tái)水平面處不需要卡瓦。
與管子扭轉(zhuǎn)裝置的實(shí)際設(shè)計(jì)無(wú)關(guān)，如果使用單個(gè)制備開(kāi)口，則將卡瓦松開(kāi)，并通過(guò)裝載和制備管操作裝置22將雙管組件49下放到制備開(kāi)口21中，到達(dá)組件的上端處于鉆臺(tái)11上方正常工作高度的位置。將卡瓦固定，松開(kāi)裝載和制備管操作裝置22，并引入第三單個(gè)管子46c，裝載和制備管操作裝置22將這個(gè)第三單個(gè)管子46c懸掛在制備開(kāi)口21中雙管組件的上方和靠近雙管組件，而同時(shí)通過(guò)管子扭轉(zhuǎn)裝置48將單個(gè)管子連接到制備開(kāi)口21的雙管組件上。
可供選擇地，如果使用兩個(gè)制備開(kāi)口，如圖10和11所示，則引入第三單個(gè)管子46c，裝載和制備管操作裝置22將這個(gè)第三單個(gè)管子懸掛在第二制備開(kāi)口47中的第二單個(gè)管子46b上方并靠近第二單個(gè)管子46b，然后通過(guò)管子扭轉(zhuǎn)裝置48將兩個(gè)單個(gè)管子連接起來(lái)(圖10)。然后裝載和制備管操作裝置22將雙管組件49升起從第二制備開(kāi)口47中出來(lái)，并將這個(gè)雙管組件懸掛在第一制備開(kāi)口21中的第一單個(gè)管子46a的上方并靠近第一單個(gè)管子46a。然后通過(guò)管子扭轉(zhuǎn)裝置48將雙管組件49和單個(gè)管子46a連接起來(lái)(圖11)。
一旦制備了完整的三管組件50，則松開(kāi)制備開(kāi)口21上的卡瓦，并通過(guò)裝載和制備管操作裝置22將完成的三管支架從制備開(kāi)口21中提升出來(lái)，此后將完成的支架轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)存管操作裝置29上(圖12)，儲(chǔ)存管操作裝置29可以將支架移動(dòng)到儲(chǔ)存支架的其中一個(gè)儲(chǔ)存區(qū)26或27上(圖13)，或者直接移動(dòng)到鉆井開(kāi)口18上，在所述鉆井開(kāi)口18處將支架轉(zhuǎn)移到鉆井絞車(chē)12上。應(yīng)該理解，油井套管部分或其它管子部分如鉆鋌部分的支架可以如上所述裝配，并且也可以在制備開(kāi)口處用相反的工序?qū)⑦@些支架分開(kāi)。
井底組件也可以用與上述相同的方式放在一起，但在90′(約30m)組件中的部件數(shù)可以不同。例如，制造井底組件的過(guò)程通常是從鉛頭開(kāi)始，將所述鉆頭引入并放在制備開(kāi)口頂部上的所謂鉆頭裝卸器中，鉆頭裝卸器的后面是管狀的所謂BHA(底部鉆具組合)部分，將BHA部分引入并懸掛在裝載和制備管操作裝置中，使得下端與鉆頭(未示出)接觸。兩個(gè)部件通過(guò)旋轉(zhuǎn)和扭轉(zhuǎn)裝置48連接，然后從鉆頭裝卸器中提升出來(lái)。拆去鉆頭裝卸器，將互連的兩個(gè)部件下放到制備開(kāi)口中，并固定在卡瓦中。從這點(diǎn)開(kāi)始，支架用與鉆鋌部分、鉆管部分等的其它支架相同的方式完成。制得的支架可以輸送到其中一個(gè)儲(chǔ)存區(qū)供以后使用。
另外，盡管在整個(gè)本說(shuō)明中一般都用術(shù)語(yǔ)接頭和管子，但應(yīng)該理解，在按照本發(fā)明所述的方法和設(shè)備中所用的接頭或管體可以包括鉆井管單體、鉆井套管單體、鉆鋌、穩(wěn)定器、找中器、刮管器、鉆頭和其它的鉆柱或鉆井套管部件及生產(chǎn)管部分。通過(guò)使用按照本發(fā)明所述的設(shè)備和方法，這些管體，如鉆柱和油井套管支架(通常是兩個(gè)管或三個(gè)管)、井底組件或井底組件部分和測(cè)井組件等，可以裝配成管段。
盡管上面只說(shuō)明了整個(gè)支架的裝載和制備，但應(yīng)該理解，在與這個(gè)活動(dòng)的同時(shí)，也可能發(fā)生其它活動(dòng)，如圖14-21中所示。例如，在上述支架組合操作工序期間儲(chǔ)存管操作裝置29處于不使用的任何點(diǎn)處，裝配支架50或其它的井下組件都可以從儲(chǔ)存區(qū)26或27中的一個(gè)(圖14)輸送到鉆井絞車(chē)12(圖15)上，在所述鉆井絞車(chē)12中可以將組件懸掛和此后下放到鉆井開(kāi)口18中(圖16)。如上所述，當(dāng)實(shí)際鉆井操作發(fā)生時(shí)，另一些鉆柱支架50可以用通過(guò)如上所述的V形門(mén)25所供給的一些單個(gè)管子46或者鉆管部分制備。這些制得的鉆柱支架50可以輸送到儲(chǔ)存區(qū)26和27上，或者輸送到鉆井開(kāi)18上。
圖17-21示出系統(tǒng)的整個(gè)操作。在圖17中，僅在將鉆柱支架50加到鉆柱的上端之后繼續(xù)鉆井操作，這意味著頂部驅(qū)動(dòng)單元15處于它的上部位置。同時(shí)，在制備開(kāi)口21處制備另一個(gè)鉆柱支架50，在上述制備開(kāi)口21中已通過(guò)卡瓦將管子部分46a固定，而另一個(gè)管子部分46b僅通過(guò)V形門(mén)25引入，如通過(guò)裝載和制備管操作裝置22沿著管子斜坡11b向上引入。
在圖18中，鉆井操作處于進(jìn)行中，并且頂部驅(qū)動(dòng)單元15已向下移動(dòng)一定距離。正好在制備開(kāi)口21處完成另一個(gè)鉆柱支架50的制備，并且制得的支架已被儲(chǔ)存管操作裝置29夾緊，所述儲(chǔ)存管操作裝置29將鉆柱支架50輸送到儲(chǔ)存區(qū)26或27中的一個(gè)上。
在一定時(shí)間周期之后，鉆柱19已深入地下這樣的距離，以使頂部驅(qū)動(dòng)單元15到達(dá)它的下面位置，如圖19中所示，并且鉆井操作必須停止，用于加入另外的鉆柱支架50。因此，頂部驅(qū)動(dòng)單元15與鉆柱19的上端分開(kāi)，并且支承頂部驅(qū)動(dòng)單元15的托架16移動(dòng)到圖20中所示的收回位置，因而頂部驅(qū)動(dòng)單元移向左側(cè)而沒(méi)有與鉆井開(kāi)口18對(duì)準(zhǔn)。(應(yīng)該注意，盡管來(lái)說(shuō)明書(shū)中論述了頂部驅(qū)動(dòng)模塊收回系統(tǒng)，但這個(gè)系統(tǒng)對(duì)于本發(fā)明的實(shí)際操作來(lái)說(shuō)不是必需的，可以用任何合適的頂部驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu))。盡管頂部驅(qū)動(dòng)單元15向上移動(dòng)，但鉆柱支架50在儲(chǔ)存區(qū)26和27中的一個(gè)處被儲(chǔ)存管操作裝置29夾緊，并移動(dòng)到一個(gè)位置，在所述位置中支架50直接位于鉆柱19上方并與鉆柱19對(duì)準(zhǔn)，如圖21所示。此后，支架50可以通過(guò)管子扭轉(zhuǎn)裝置48連接到鉆柱19上。當(dāng)頂部驅(qū)動(dòng)單元15到達(dá)它的上部位置時(shí)，托架16返回到它的正常的延伸位置，并且頂部驅(qū)動(dòng)單元可以再次與新安裝的支架50的上端成驅(qū)動(dòng)接合，此后鉆井操作可以繼續(xù)。
在經(jīng)過(guò)一定的鉆井周期之后，井底組件必須更換，這意味著鉆柱19必須斷開(kāi)。然后用與上述過(guò)程相反的過(guò)程將鉆柱分開(kāi)成若干鉆柱支架50，并將各鉆井支架儲(chǔ)藏在儲(chǔ)存區(qū)26和27中。如上所述，新的井底組件可以用上述方式在制備開(kāi)口21處事先制備好，并可以在儲(chǔ)存區(qū)26和27中的一個(gè)處做好準(zhǔn)備。
應(yīng)該理解，油井套管支架和其它部件如測(cè)井組件，也可以與上述用于井底組件部分和鉆柱支架的那些類(lèi)似的工序在制備開(kāi)口處制備。因此，按照本發(fā)明所述的方法能減少在操作鉆機(jī)時(shí)的停車(chē)時(shí)間，因而可以得到實(shí)質(zhì)性的節(jié)約。
因此，盡管本文已說(shuō)明了具體的實(shí)施例，但可以預(yù)料，該技術(shù)的技術(shù)人員可以并將設(shè)計(jì)可供選擇的脫機(jī)支架組合系統(tǒng)和方法，上述系統(tǒng)和方法無(wú)論是在字面上還是在等同原則下都是在后面權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于在鉆井現(xiàn)場(chǎng)操作管體部分的系統(tǒng)，包括鉆井平臺(tái)，其具有從其向上延伸的井架，所述鉆井平臺(tái)和井架限定了鉆井區(qū)；第一絞車(chē)，其連接到井架的上部上，用于使管體通過(guò)鉆井開(kāi)口，所述鉆井開(kāi)口限定在鉆井平臺(tái)中；至少一個(gè)儲(chǔ)存區(qū)，其被布置在鉆井區(qū)內(nèi)，用于儲(chǔ)藏多個(gè)管段，每個(gè)管段都包括至少兩個(gè)可拆卸地互連的管體部分；至少一個(gè)制備開(kāi)口，其在與鉆井開(kāi)口和與至少一個(gè)儲(chǔ)存區(qū)間隔開(kāi)的位置處延伸穿過(guò)鉆井平臺(tái)；扭轉(zhuǎn)工具，其在至少一個(gè)制備開(kāi)口處使各管體旋轉(zhuǎn)地互連，以便形成管段；第一管操作裝置，其用于將各管體和管段從鉆井區(qū)外部輸送到至少一個(gè)制備開(kāi)口上；以及第二管操作裝置，其用于在至少一個(gè)制備開(kāi)口、至少一個(gè)儲(chǔ)存區(qū)和第一絞車(chē)之間輸送管段。
2.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中第一管操作裝置包括一軸向上可旋轉(zhuǎn)的豎直支柱，所述豎直支柱具有至少一個(gè)夾緊裝置，用于夾緊固定于其上的管體和管段。
3.按照權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)夾緊裝置進(jìn)一步設(shè)計(jì)成用來(lái)豎直地升起管體和管段。
4.按照權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中第一管操作裝置還包括一絞車(chē)，所述絞車(chē)能在鉆井區(qū)外部將夾緊裝置下放到外部管子儲(chǔ)存區(qū)。
5.按照權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述夾緊裝置包括至少兩個(gè)布置在所述支柱上的豎直對(duì)準(zhǔn)的夾緊裝置。
6.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述夾緊裝置可從第一管操作裝置的軸向中心徑向向外延伸。
7.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中第二管操作裝置包括夾緊臂，該夾緊臂靠近至少一個(gè)儲(chǔ)存區(qū)設(shè)置，夾緊臂可繞一豎直軸線旋轉(zhuǎn)并可側(cè)向延伸。
8.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中扭轉(zhuǎn)工具是鐵鉆工。
9.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中扭轉(zhuǎn)工具可繞一豎直軸線旋轉(zhuǎn)并可側(cè)向延伸，因此扭轉(zhuǎn)工具能在至少一個(gè)制備開(kāi)口和鉆井開(kāi)口處接合管體或管段。
10.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)儲(chǔ)存區(qū)設(shè)置在鉆井開(kāi)口和制備開(kāi)口之間。
11.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)分開(kāi)的儲(chǔ)存區(qū)，其中第二管操作裝置設(shè)置在至少兩個(gè)儲(chǔ)存區(qū)之間。
12.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括一個(gè)用于將管體從在鉆井區(qū)外部的儲(chǔ)存區(qū)輸送到鉆井平臺(tái)的管子斜坡，其中第一管操作裝置向外延伸越過(guò)管子斜坡。
13.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中井架限定第一進(jìn)出開(kāi)口，第一管操作裝置可以從鉆井區(qū)外部穿過(guò)上述進(jìn)出開(kāi)口夾緊管體。
14.一種用于在鉆井現(xiàn)場(chǎng)操縱管體部分的方法，包括設(shè)置管子操作系統(tǒng)，其包括鉆井平臺(tái)，所述鉆井平臺(tái)包括從其向上延伸的井架，所述鉆井平臺(tái)和井架限定了鉆井區(qū)，第一絞車(chē)，其連接到井架的上部上，用于使管體通過(guò)限定在鉆井平臺(tái)中的鉆井開(kāi)口；至少一個(gè)儲(chǔ)存區(qū)，其被布置在鉆井區(qū)內(nèi)，用于儲(chǔ)藏多個(gè)管段，每個(gè)管段都包括至少兩個(gè)可拆卸地互連的管體，至少一個(gè)制備開(kāi)口，其在與鉆井開(kāi)口和至少一個(gè)儲(chǔ)存區(qū)間隔開(kāi)的位置處延伸穿過(guò)鉆井平臺(tái)，扭轉(zhuǎn)工具，用于在至少一個(gè)制備開(kāi)口處使各管體旋轉(zhuǎn)地互連，以便形成管段，第一管操作裝置，用于將管體和管段從鉆井區(qū)外部輸送到至少一個(gè)制備開(kāi)口，以及第二管操作裝置；用于在至少一個(gè)制備開(kāi)口、至少一個(gè)儲(chǔ)存區(qū)和第一絞車(chē)之間輸送管段。通過(guò)第一管操作裝置將多個(gè)管體從鉆井區(qū)外部輸送到至少一個(gè)制備開(kāi)口處于基本上豎直的位置；通過(guò)用扭轉(zhuǎn)工具將多個(gè)管體可拆卸地互連形成管段，同時(shí)將其中一個(gè)管體延伸穿過(guò)制備開(kāi)口，另一個(gè)管體由第一管操作裝置懸掛，通過(guò)所述第一管操作裝置從制備開(kāi)口中拉出制得的管段；通過(guò)所述第二管操作裝置將制得的管段輸送到至少一個(gè)儲(chǔ)存區(qū)處于基本上豎直的位置；通過(guò)所述第二管操作裝置將管段從儲(chǔ)存區(qū)輸送到鉆井開(kāi)口處于基本上豎直的位置；用扭轉(zhuǎn)工具將所述管段可拆卸地連接到懸掛在鉆井開(kāi)口內(nèi)的鉆柱的上端，以形成完整的鉆井支架，隨后通過(guò)所述第一絞車(chē)下放鉆井支架穿過(guò)鉆井開(kāi)口。
15.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中所述管段包括3個(gè)管體，所述管段通過(guò)用第一管操作裝置將第一管體安排在制備開(kāi)口中形成，使得其主要部分在鉆井平臺(tái)下方延伸，并且方法包括以下步驟用第一管操作裝置將第二管體保持在第一管體的上端，并用扭轉(zhuǎn)裝置將兩個(gè)管體連接；以及此后用第一管操作裝置將第三管體保持在互連的第一和第二管體的上端，并用扭轉(zhuǎn)工具將第三管體連接到互連的第一和第二管體上。
16.按照權(quán)利要求15所述的方法，包括以下步驟下放互連的第一和第二管體，以便將第一管體和第二管體的大部分放置在鉆井平臺(tái)下方，此后將第三管體連接到在所述鉆井平臺(tái)上方延伸的第二管體的上端。
17.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中所述管段包括3個(gè)管體，所述管段由包括下述步驟的方法形成用第一管操作裝置將第一管體部分布置在第一制備開(kāi)口中，以便其大部分延伸到鉆臺(tái)或鉆井平臺(tái)下方，用第一管操作裝置將第二管體布置在靠近第一制備開(kāi)口的第二制備開(kāi)口中，以便其大部分延伸到鉆井平臺(tái)的下方，用第一管操作裝置將第三管體保持在第二管體的上端的上方，并用扭轉(zhuǎn)工具將兩個(gè)管體連接起來(lái)；以及此后用第一管操作裝置將互連的第二和第三管體保持在第一管體的上端的上方，并用扭轉(zhuǎn)裝置將互連的第二和第三管體連接到第一管體上。
18.按照權(quán)利要求14所述的方法，還包括下述步驟用扭轉(zhuǎn)工具在鉆井開(kāi)口處將各管段與鉆柱的上端分開(kāi)，而隨后穿過(guò)鉆井開(kāi)口向上拉出鉆柱，以及通過(guò)第二管操作裝置將從鉆井開(kāi)口分開(kāi)的各管段輸送到儲(chǔ)存區(qū)處于基本上豎直的位置。
19.按照權(quán)利要求14所述的方法，還包括下述步驟通過(guò)上述第二管操作裝置將各管段從儲(chǔ)存裝置輸送到第一管操作裝置處于基本上豎直的位置，通過(guò)第一管操作裝置穿過(guò)至少一個(gè)制備開(kāi)口下放每個(gè)管段，將管段保持在至少一個(gè)制備開(kāi)口中，隨后用扭轉(zhuǎn)工具在鉆井平臺(tái)的上表面的上方松開(kāi)相鄰管體之間的相互連接，以及通過(guò)第一管操作裝置從制備開(kāi)口輸送松開(kāi)的管體。
20.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中管體是鉆柱。
21.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中管段包括井底組件部分。
22.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中管體是油井套管。
23.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中管體是生產(chǎn)管。
24.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中每一個(gè)所述管段的軸向尺寸基本上對(duì)應(yīng)于井架的內(nèi)部自由高度。
25.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中第一管操作裝置包括軸向上可旋轉(zhuǎn)的豎直支柱，所述支柱具有用于夾緊固定在其上的管體和管段的至少一個(gè)夾緊裝置。
26.按照權(quán)利要求25所述的方法，其中至少一個(gè)夾緊裝置還被設(shè)計(jì)用來(lái)豎直地升起管體和管段。
27.按照權(quán)利要求25所述的方法，其中第一管操作裝置還包括絞車(chē)，所述絞車(chē)能將夾緊裝置從鉆井區(qū)外部下放到外部管子儲(chǔ)存區(qū)。
28.按照權(quán)利要求25所述的方法，其中所述夾緊裝置包括至少兩個(gè)布置在支柱上的豎直對(duì)準(zhǔn)的夾緊裝置。
29.按照權(quán)利要求25所述的方法，其中所述夾緊裝置可從第一管操作裝置的軸向中心徑向向外延伸。
30.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中第二管操作裝置包括夾緊臂，所述夾緊臂靠近至少一個(gè)儲(chǔ)存區(qū)設(shè)置，夾緊臂可繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)并可側(cè)向延伸。
31.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中扭轉(zhuǎn)工具是鐵鉆工。
32.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中扭轉(zhuǎn)工具可繞一豎直軸線旋轉(zhuǎn)并可側(cè)向延伸，使得扭轉(zhuǎn)工具能在至少一個(gè)制備開(kāi)口和鉆井開(kāi)口處接合管體或管段。
33.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中至少一個(gè)儲(chǔ)存區(qū)設(shè)置在鉆井開(kāi)口和制備開(kāi)口之間。
34.按照權(quán)利要求14所述的方法，包括至少兩個(gè)分開(kāi)的儲(chǔ)存區(qū)，其中第二管操作裝置設(shè)置在至少兩個(gè)儲(chǔ)存區(qū)之間。
35.按照權(quán)利要求14所述的方法，還包括第三管操作裝置，用于將管體從鉆井區(qū)外部的儲(chǔ)存區(qū)輸送到所述第一管操作裝置上。
36.按照權(quán)利要求14所述的方法，還包括管子斜坡，用于將管體從鉆井區(qū)外部的儲(chǔ)存區(qū)輸送到鉆井平臺(tái)，其中第一管操作裝置向外越過(guò)管子斜坡。
37.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中井架限定第一進(jìn)出開(kāi)口，第一管操作裝置可以從鉆井區(qū)外部穿過(guò)所述第一進(jìn)出開(kāi)口夾緊管體。
全文摘要
一種用于在鉆臺(tái)(11)上許多不同位置之間移動(dòng)管子(22)的方法和設(shè)備，上述不同位置包括離開(kāi)鉆臺(tái)的管架(26)、制備開(kāi)口(21)、井眼和儲(chǔ)存區(qū)，因此管子可以裝載到鉆臺(tái)上，在制備開(kāi)口中制備，裝載到儲(chǔ)存管架(26和27)上或離開(kāi)儲(chǔ)存管架(26和27)，并在井眼中進(jìn)行鉆井的同時(shí)連接到鉆柱(19)上，并包括至少兩個(gè)管操作裝置(24和29)，用于使管子(22)在離開(kāi)鉆臺(tái)(11)的儲(chǔ)存區(qū)(26和27)、鉆臺(tái)(11)上的儲(chǔ)存區(qū)、至少一個(gè)制備開(kāi)口(21)和鉆井開(kāi)口(18)之間連通。
文檔編號(hào)E21B19/18GK1894484SQ200380111006
公開(kāi)日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月12日
發(fā)明者J·貝里 申請(qǐng)人:瓦克I/P公司