專利名稱：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上裝載、互連、分開和儲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外部的儲存地點(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)長的停機(jī)時(shí)間，在所述停機(jī)時(shí)間里沒有實(shí)際鉆井發(fā)生。由于實(shí)際上對鉆機(jī)的投資很高(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)間相對較小的減少量也具有很大的經(jīng)濟(jì)意義。
通常用來減少鉆機(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口的狹窄的小鼠洞(mousehole)中，并通過使用空氣卷揚(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。在美國專利No.4850 439中說明了用于這種脫機(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，需要更簡單、成本更低的系統(tǒng)，用于為標(biāo)準(zhǔn)石油平臺提供脫機(jī)支架組合和管操作功能。
發(fā)明概述本發(fā)明提供用于在鉆臺上許多不同位置之間移動管子的方法和設(shè)備，上述不同位置包括離臺架、制備開口、井眼和儲存區(qū)，使得管子可以裝載到鉆臺上，在制備開口處制備，裝到儲存架上或從儲存架上卸下，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，用于連通離開鉆臺的儲存區(qū)、在鉆臺上的儲存區(qū)、至少一個(gè)制備開口和鉆井開口之間的管子。
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)是多個(gè)夾具的管子裝載和制備管操作裝置，其被設(shè)計(jì)用來從鉆機(jī)的V形門中輸送鉆管或其它管子的接頭，并把它們輸送到一對用于組合支架的制備開口中，并同時(shí)在油井中心處繼續(xù)進(jìn)行鉆井活動。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)位置中的至少一個(gè)豎直桁架，在所述位置處它具有至少兩個(gè)獨(dú)立的夾緊裝置，該夾緊裝置可以利用繞豎直軸線的動力旋轉(zhuǎn)進(jìn)出V形門起吊點(diǎn)和制備開口。
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，對于鐵鉆工(iron roughneck)的工作范圍來說，優(yōu)選的是也與油井中心和制備開口相交，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V形門與鉆井平臺的邊緣相交，從而管操作裝置的至少兩個(gè)臂中的至少一個(gè)可以從離開鉆井平臺的外部，例如通過管子斜坡從外部儲存區(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之外移動到鉆臺上，然后在制備開口處取出管子建造管子的支架，然后通過儲存管操作裝置將制得的支架從制備開口拉到儲存區(qū)。
在這樣一個(gè)實(shí)施例中，在操作期間，裝載和制備管操作裝置的至少兩個(gè)夾緊裝置中的第一個(gè)夾緊裝置在V形門起吊點(diǎn)處吊起管體，并將管體移動到第一制備孔位置。在一個(gè)實(shí)施例中，然后將裝載和制備管操作裝置的第一夾緊裝置移回到V形門起吊位置，并將第二管體提升和旋轉(zhuǎn)到制備開口和固定到第一管體上。然后通過第一夾緊裝置將管子從制備開口中升起，并將制備管操作裝置的第二夾緊裝置移動到V形門起吊位置，將第三接頭提升和下放到第一制備開口中適當(dāng)位置，并與第一和第二管子連接，第一和第二管子通過第二夾緊裝置用鐵鉆工或其它常規(guī)的扭轉(zhuǎn)扳手裝置旋轉(zhuǎn)到制備開口中第三管子上的位置中成一雙管。然后升起形成的管段，并將裝載和制備管操作裝置朝向儲存管操作裝置方向旋轉(zhuǎn)。儲存管操作裝置用來接收來自裝載和制備管操作裝置的管段，儲存管操作裝置將支架縮回和移入儲存區(qū)中所希望的位置。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，裝載和制備管操作裝置的第一和第二夾緊裝置以交替的方式工作，使得第一夾具吊起第一管，第二夾具吊起第二管，然后將兩個(gè)管子連續(xù)地輸送到小鼠洞中，并用鐵鉆工或其它常規(guī)的扭轉(zhuǎn)扳手裝置連接成雙管。然后用兩個(gè)夾緊裝置中的一個(gè)提升所形成的管段，并將裝載和制備管操作裝置朝向儲存管操作裝置方向旋轉(zhuǎn)。儲存管操作裝置用來接收來自裝載和制備管操作裝置的管段，儲存管操作裝置使支架縮回并移入儲存區(qū)中所希望的位置。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，裝載和制備管操作裝置的兩個(gè)夾緊裝置同時(shí)工作，以從鉆臺之外吊起兩個(gè)管子，然后通過V形門將它們裝載到一個(gè)或多個(gè)制備開口中。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，可以采用形成的管子的即時(shí)運(yùn)輸系統(tǒng)。在這個(gè)實(shí)施例中，將所形成的管子從本發(fā)明直接送到儲存管操作裝置，用于以不將形成的管子放置在儲存區(qū)的方式放入鉆井開口中。
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上的儲存區(qū)或者輸送到鉆臺外部可供選擇的儲存地點(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)。


通過參考下面的詳細(xì)說明并結(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是按照本發(fā)明所述的具有同時(shí)平臺外管操作能力的示例性兩臂式裝載和制備管操作裝置的示意圖；
圖7-18是示出按照本發(fā)明所述的支架制備方法的示例性實(shí)施例的各種不同步驟的示意側(cè)視圖；圖19-26是示出按照本發(fā)明所述的鉆井方法的示例性實(shí)施例的各種不同步驟的示意側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種用于使管在鉆臺上許多不同位置之間移動的設(shè)備，上述許多不同位置包括離臺架(off-floor rack)、制備開口、井眼和儲存區(qū)，因此管子可以裝到鉆臺上，布置在制備開口處，裝載在儲存架上或者離開儲存架，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從鉆臺或平臺區(qū)11向上延伸。包括運(yùn)動滑車13和轉(zhuǎn)鉤組件14的鉆井絞車12安裝在井架10的上部。通過鉆井絞車12以本身已知的方式懸掛頂部驅(qū)動單元15，頂部驅(qū)動單元15安裝在托架16上，以便可沿著豎直延伸的軌道17移動。因而懸掛的鉆井絞車12和頂部驅(qū)動單元15基本上與限定在鉆臺中的鉆井開口18對準(zhǔn)，并且頂部驅(qū)動單元15可以與穿過鉆井開口18的鉆柱19的上端旋轉(zhuǎn)驅(qū)動接合。
限定在鉆臺11中的至少一個(gè)裝配或制備開口21位于鉆井開口18附近。在制備開口21和豎直的或V形門25附近設(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”)的多臂式管子操作和輸送機(jī)構(gòu)，該管子操作和輸送機(jī)構(gòu)包括豎直延伸的框架23和至少兩個(gè)安裝在其上的豎直對準(zhǔn)的夾緊裝置24a和24b，該豎直的或者V形門25如外部狹窄的過道25a和管子進(jìn)出斜坡25b設(shè)置在井架10的一側(cè)，該側(cè)用于進(jìn)出遠(yuǎn)離鉆臺11的區(qū)域。
鉆臺11還可以包括儲存區(qū)26和27，儲存區(qū)26和27例如通過常規(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)儲存區(qū)26和27之間的井架的上部中。
鉆臺還載有與鉆井絞車12有關(guān)的升起工件32。司鉆室33和用于準(zhǔn)備絞車和其它裝置的操作人員的操作室34也位于在鉆臺上。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的框架23包括豎直軸35，所述豎直軸35具有連接在其上的多個(gè)夾緊裝置24a和24b。豎直軸35安裝在下部旋轉(zhuǎn)平臺36和上部旋轉(zhuǎn)平臺37中，因此豎直軸可以繞其縱向軸線轉(zhuǎn)動。每個(gè)夾緊裝置24a和24b可以包括固定在提升鋼絲繩端部處的夾具，該提升鋼絲繩布置在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。此外，夾具24a和24b每個(gè)可獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，或者在徑向上相互偏置，從而夾具可以利用豎直軸35的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動同時(shí)操作管子。在任一實(shí)施例中，夾緊裝置24a和24b還可以繞管子操作和輸送機(jī)構(gòu)的軸線旋轉(zhuǎn)，因此夾緊裝置24a和24b可以在具有限定外部半徑的圓38內(nèi)移動，所述圓38在圖2中用點(diǎn)虛線表示。
如圖4所示，裝載和制備管裝卸和輸送機(jī)構(gòu)22被這樣地對準(zhǔn)，即，裝置38的沖程和行程使管子在V形門和制備開口之間運(yùn)動。然而，應(yīng)該理解，也可以用其它合適的裝載和制備管操作和輸送機(jī)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)用來將管子升起離開鉆臺11，如通過管子斜坡11b從狹窄的過道11a(如圖5所示)升起到夾緊裝置24a和24b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，絞車被設(shè)計(jì)成向外延伸越過斜坡11b離開鉆臺11，從而管子可以從平臺外的狹窄過道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)的正常擺動偏離鉆井平臺11。
在這個(gè)實(shí)施例中，用來沿豎直軸35上和下提升裝載和制備機(jī)構(gòu)22的夾緊裝置24a的提升鋼絲繩24a′穿過夾緊裝置24a的固定半徑臂的端部處的組件運(yùn)動，使得當(dāng)夾緊裝置24a的夾具24a″被下放到軸35的底部并到達(dá)停止位置時(shí)，提升鋼絲繩24a′和在提升鋼絲繩端部處的夾具24a″能進(jìn)一步從斜坡11b向下運(yùn)動到狹窄的過道11a上。一旦夾具24a″連接到接頭上，提升鋼絲繩24a′就縮回到裝載和制備機(jī)構(gòu)22的主體上。另外，當(dāng)夾具24a″到達(dá)主夾緊裝置24a的下側(cè)時(shí)，夾具與固定半徑的臂重新連接，并且整個(gè)夾緊機(jī)構(gòu)可被沿豎直桁架35向上吊起，如正常操作那樣。這種操作也可以在裝載和制備機(jī)構(gòu)22的另一些臂中進(jìn)行。在這個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)臂都能接近鉆臺處的管子。此外，在這個(gè)實(shí)施例中，各臂可以同時(shí)工作，以便將管子通過V形門裝到鉆臺上，如圖6所示。
應(yīng)該理解，盡管上面說明了裝載和制備管操作裝置的優(yōu)選實(shí)施例，但任何合適的多臂式管操作裝置在功能上都能在V形門和至少一個(gè)制備開口之間操縱和輸送管子，并且在本發(fā)明中可以應(yīng)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安裝到儲存區(qū)26和27之間的井架結(jié)構(gòu)內(nèi)收進(jìn)區(qū)中的旋轉(zhuǎn)平臺40上。儲存管操作裝置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)動到收進(jìn)位置并再次向后。如圖所示，臂31上的夾緊裝置39可以從豎直軸旋轉(zhuǎn)平臺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40旋轉(zhuǎn)時(shí)繞儲存管操作機(jī)構(gòu)的軸線旋轉(zhuǎn)，所以夾緊裝置39可以在限定外部半徑的圓41內(nèi)移動，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，儲存管操作和輸送機(jī)構(gòu)29被這樣對準(zhǔn)，即，使裝置41的沖程和行程可用于管子在儲存區(qū)26和27、制備開口21和鉆井開口18之間運(yùn)動。然而，應(yīng)該理解，儲存管操作和輸送機(jī)構(gòu)的其它合適的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)也可以用，以便保持在至少一個(gè)制備開口、儲存區(qū)和鉆井開口之間操縱和輸送管子的功能。
此外，盡管上面示出和說明了一個(gè)示例性的鉆臺，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存管操作裝置。例如，在鉆臺的表面中可以只設(shè)置一個(gè)小鼠洞?？晒┻x擇地，在鉆臺中可以限定附加的制備孔，如所謂的井底部小直徑井眼(rathole)，用于在希望在鉆機(jī)方面使用常規(guī)的回轉(zhuǎn)臺驅(qū)動裝置的情況下接收方鉆桿。在井架中還可以形成與常規(guī)的V形門成并排關(guān)系的第二V形門，鉆柱和油井套管部件可以穿過所述第二V形門直接供到制備開口上。
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、制備開口、鉆井開口和相關(guān)的絞車、儲存區(qū)和管子扭轉(zhuǎn)工具。
本發(fā)明還針對利用上述脫機(jī)支架組合系統(tǒng)操縱鉆機(jī)的方法?，F(xiàn)在將相對于圖7-26說明上述鉆機(jī)操作的一個(gè)示例性方法。圖7-18示出在本發(fā)明的脫機(jī)支架組合系統(tǒng)中如何進(jìn)行鉆進(jìn)活動，并且同時(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管部分46a從井架10的外部穿過V形門25裝入，從離開鉆臺狹窄的過道11a上升到管子斜坡11b(圖7)，旋轉(zhuǎn)到制備開口上方的適當(dāng)位置(圖8)，并通過裝載和制備管操作裝置22的第一夾緊裝置的絞車下放到制備開口21中(圖9)。在這個(gè)實(shí)施例中，絞車可以采取許多形式。例如，絞車可以是只能使管子穿過V形門到達(dá)多個(gè)夾緊裝置的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的提升機(jī)構(gòu)本身是這樣設(shè)計(jì)的，當(dāng)被下放時(shí)，多臂式裝載和制備管操作裝置的一個(gè)或多個(gè)夾具可以下降到斜坡上，并且這個(gè)夾具的絞車可以用來首先將單個(gè)管體部分從鉆井區(qū)的外部沿管子斜坡11b上升穿過V形門到達(dá)管操作裝置22的主體，如上所述和如圖5-7中所示的。接著，將卡瓦(slip)固定，松開裝載和制備管操作裝置22的第一夾緊裝置，并通過第一夾緊裝置或者后繼的夾緊裝置用相同的方式穿過V形門25引入第二單管體部分46b。裝載和制備管操作裝置22或者將這個(gè)第二單管體部分64b放入第二相鄰的制備開口47中，或者如圖10所示，將這個(gè)第二單管部分46b懸掛在制備開口中的第一單管部分46a的上方并靠近第一單管部分46a，同時(shí)通過常規(guī)的管子扭轉(zhuǎn)裝置如鐵鉆工48或通過安裝在裝載和制備管操作裝置22上的管子扭轉(zhuǎn)裝置(未示出)將兩個(gè)單管部分裝配起來。應(yīng)該理解，盡管圖10所述的管子扭轉(zhuǎn)裝置可以設(shè)計(jì)成旋轉(zhuǎn)進(jìn)入適當(dāng)位置，但也可以用其它合適的設(shè)計(jì)，如帶有沿著一路線對準(zhǔn)的線性行程的管子扭轉(zhuǎn)裝置，使得可以到達(dá)制備開口21和鉆井開口18，或者具有可旋轉(zhuǎn)的和線性的行程的組合裝置。
與管子扭轉(zhuǎn)裝置的實(shí)際設(shè)計(jì)無關(guān)，在一個(gè)實(shí)施例中，如果使用單個(gè)制備開口，卡瓦被松開并通過裝載和制備管操作裝置22的第一夾具24a將雙管組件49從制備開口中升起到達(dá)合適位置，使得雙管組件在鉆臺11的上方。然后通過裝載和制備管操作裝置22的第二臂24b引入第三單管46a，第二臂24b將這個(gè)第三單管46c裝入制備開口21中，然后通過第一夾具將雙管組件在制備開口上方旋轉(zhuǎn)，并利用管子扭轉(zhuǎn)裝置48將在制備開口21中的單管連接到雙管組件上，如圖11和12中所示。
盡管上面說明了主要是用第一夾緊裝置組合管子的方法，但應(yīng)該理解，在本發(fā)明中可以使用夾緊裝置的任何組合。在一個(gè)實(shí)施例中，可以采用可供選擇的方法用單個(gè)小鼠洞來建造管子。在這個(gè)實(shí)施例中，如圖13-16所示，裝載和制備管操作裝置22的第一夾緊裝置24a使第一單管體部分46a穿過V形門25而引入，然后第二夾緊裝置24b以類似方式使第二單管體部分46b穿過V形門25而引入。然后裝載和制備管操作裝置22將第一單管部分46a放入制備開口47中，并將第二單管部分46b懸掛在制備開口中的第一單管部分46a的上方并靠近第一單管部分46a，同時(shí)通過任意一種常規(guī)的管子扭轉(zhuǎn)裝置將兩個(gè)單管部分46a和46b裝配起來。然后第一夾緊裝置24a將裝配好的雙管部分從制備開口中升起，并通過第二夾緊裝置24b使第三單管部分46c穿過V形門25而引入，第三單管部分46c放入空的制備開口47中。然后將雙管旋轉(zhuǎn)到第三單管部分的上方并靠近第三單管部分，如上所述地裝配出三件管部分。
如上所述和圖6中所示，在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中，對裝載和制備管操作裝置22的兩個(gè)偏置的夾緊裝置24a和24b來說，同時(shí)操縱管子向上和離開鉆臺狹窄的過道，以甚至在制備開口處提供管子支架的更快裝配是可行的。
盡管上述討論集中在單個(gè)制備開口鉆機(jī)上，但如果利用兩個(gè)制備開口，則在許多不同的組合中可以使用裝載和制備管操作裝置的多個(gè)夾具。例如，在實(shí)施例中，通過第二夾具引入第三單管部分46c，及裝載和制備管操作裝置22將這個(gè)第三單管懸掛在第二制備開口47中的第二單管46b的上方并靠近第二單管46b，然后通過管子扭轉(zhuǎn)裝置48將兩個(gè)單管連接起來。然后裝載和制備管操作裝置22的第一夾具或第二夾具將雙管組件49從第二制備開口47中升起，并將這個(gè)雙管組件懸掛在第一制備開口21中第一單管部分46a的上方并靠近第一單管部分46a。然后通過管子扭轉(zhuǎn)裝置48將雙管組件49與單管部分46a連接起來。
與用來構(gòu)建支架的技術(shù)無關(guān)，一旦制備出整個(gè)三件管組件50，就松開在制備開口21上的卡瓦，并通過裝載和制備管操作裝置22將完成的三件管支架從制備開口21中升起，此后將完成的支架轉(zhuǎn)移到儲存管操作裝置29上(圖17)，所述儲存管操作裝置29可以將支架移動到儲存支架的儲存區(qū)26或27的其中之一上，或者直接移動到鉆井開口18上，用于“即時(shí)”支架組合操作，在該處將支架轉(zhuǎn)移到鉆井絞車12上。應(yīng)該理解，油井套管部分和其它管部分如鉆鋌部分的支架可以被如上所述地裝配，這些支架也可以在制備開口處用相反的操作工序分成若干單管部分。
盡管上面制備開口被描述為包括卡瓦，但應(yīng)該理解，可以用任何將管子夾持在制備開口內(nèi)的合適機(jī)構(gòu)。例如，制備開口可以包括帶固定的或可調(diào)節(jié)的底部的管套，因而在鉆臺水平處省去了對卡瓦的需要。
各井底組件也可以用與上述類似的方式放在一起，但是在90′(約30m)組件中的部件總數(shù)可以不同。例如，制造井底組件的過程通常是從鉆頭開始，所述鉆頭被引入并放在制備開口頂部上的所謂鉆頭裝卸器中，鉆頭裝卸器后面是管子的所謂的BHA(底部鉆具組合)部分，BHA部分被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)部件通過旋轉(zhuǎn)和扭轉(zhuǎn)裝置48連接，然后被從鉆頭裝卸器提升出來。鉆頭裝卸器被拆掉，互連的兩個(gè)部件被下放到制備開口中，并固定在卡瓦中。從這點(diǎn)開始，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一個(gè)儲存區(qū)中，供以后使用。
另外，盡管在整個(gè)說明書中一般用術(shù)語接頭和管子，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以及生產(chǎn)管部分。通過使用按照本發(fā)明所述的設(shè)備和方法，這些管體可以裝配成管段，如鉆柱和油井套管支架(通常是兩件管或三件管)、井底組件或井底組件部件、測井組件等。
盡管上面只說明了整個(gè)支架的裝載和制備，但應(yīng)該理解，與這個(gè)活動同時(shí)的其它鉆井活動也可能發(fā)生，如圖19-26所示。在上述支架組合操作工序期間儲存管操作裝置29處于不使用的任何點(diǎn)處，制成的支架50或其它的井底組件可從儲存區(qū)26或27中的一個(gè)(圖19)輸送到鉆井絞車12(圖20)，該井底組件可以懸掛在上述鉆井絞車12上，然后被下放到鉆井開口18(圖21)中。如上所述，當(dāng)實(shí)際鉆井操作進(jìn)行時(shí)，另一些鉆柱支架50可以用通過如上所述的V形門25供給的單管46或鉆管部分制出。這些制出的鉆柱支架50可被輸送到儲存區(qū)26或27或者輸送到鉆井開口18。
圖22-26示出系統(tǒng)的整個(gè)操作。在圖22中，在將鉆柱支架50加到鉆柱的上端之后就繼續(xù)進(jìn)行鉆井操作，這意味著頂部驅(qū)動單元15處于它的上部位置。同時(shí)，在制備開口21處制備另一個(gè)鉆柱支架50，管子部分46a已被卡瓦固定在上述制備開口21中，而另一個(gè)管子部分46b剛通過V形門25引入，如通過裝載和制備管操作裝置22的第二臂沿著管子斜坡向上引入。
在圖23中，鉆井操作處于進(jìn)行中，并且頂部驅(qū)動單元15已向下移動一定距離。正好在制備開口21處完成另一個(gè)鉆柱50的制備，并且制得的支架已被儲存管操作裝置29夾緊，所述儲存管操作裝置29將鉆柱50輸送到儲存區(qū)26或27的中的一個(gè)上。
在一定時(shí)間周期之后，鉆柱19深入地下這樣的距離，以使頂部驅(qū)動單元15到達(dá)它的下面位置，如圖24所示，并且鉆井操作必須停止，用于加入另一個(gè)鉆柱支架50。因此，頂部驅(qū)動單元15與鉆柱19的上端分開，并且支承頂部驅(qū)動單元15的托架16移動到圖25中所示的收回位置，因而頂部移動單元移向左側(cè)而沒有與鉆井開18對準(zhǔn)。(應(yīng)該注意，盡管本發(fā)明書中論述了頂部驅(qū)動模塊收回系統(tǒng)，但這種系統(tǒng)在本發(fā)明的實(shí)際操作中不是必需的，可以用任何合適的頂部驅(qū)動裝置。)當(dāng)頂部驅(qū)動單元15向上移動時(shí)，鉆柱支架50在儲存區(qū)26和27中的一個(gè)處被儲存管操作裝置29夾緊，并移動到一位置，在所述位置中支架50位于鉆柱19的正上方，并與鉆柱19對準(zhǔn)，如圖26所示。此后，支架50可以通過管子扭轉(zhuǎn)裝置48連接到鉆柱19上。當(dāng)頂部驅(qū)動單元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)動單元可以再次與新安裝的支架50的上端驅(qū)動接合，此后鉆井操作可以繼續(xù)進(jìn)行。
盡管本說明書已對單臂式裝載和制備管操作裝備進(jìn)行了論述，但應(yīng)該理解，對于上述脫機(jī)支架組合活動，可以利用多臂裝置的增加能力。
在經(jīng)過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。然后用與上述過程相反的過程將鉆柱分開成若干鉆柱支架50，并將各鉆井支架儲藏在儲存區(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口21處事先制備好，并可以在儲存區(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似的工序在制備開口處制備。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)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于在鉆井現(xiàn)場裝卸管體部分的系統(tǒng)，包括鉆井平臺，其具有從其向上延伸的井架，所述鉆井平臺和井架限定了鉆井區(qū)；第一絞車，其連接到井架的上部上，用于使管體通過限定在鉆井平臺中的鉆井開口；至少一個(gè)儲存區(qū)，其被布置在鉆井區(qū)內(nèi)，用于儲藏許多管段，每個(gè)管段都包括至少兩個(gè)可拆卸地互連地管體部分；至少一個(gè)制備開口，其在與鉆井開口和與至少一個(gè)儲存區(qū)間隔開的位置處延伸穿過鉆井平臺；扭轉(zhuǎn)工具，其在至少一個(gè)制備開口處使各管體可旋轉(zhuǎn)地互連；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)制備開口，所述第一管操作裝置具有至少兩個(gè)分開的夾緊裝置，用于同時(shí)獨(dú)立地夾緊分開的管子；以及第二管操作裝置，其在至少一個(gè)制備開口、至少一個(gè)儲存區(qū)和第一絞車之間輸送管段。
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在軸向上可旋轉(zhuǎn)的豎直支柱，所述豎直支柱具有至少兩個(gè)夾緊臂，用于夾緊固定在其上的管體和管段。
3.按照權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中至少兩個(gè)夾緊裝置還設(shè)計(jì)成用來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)，其中至少兩個(gè)夾緊裝置還包括絞車，所述絞車能在鉆井區(qū)外部將每個(gè)夾緊裝置下放到外部管子儲存區(qū)。
5.按照權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述至少兩個(gè)夾緊裝置中的每個(gè)都包括至少兩個(gè)布置在支柱上的豎直對準(zhǔn)的夾緊臂。
6.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少兩個(gè)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，所述夾緊臂靠近至少一個(gè)儲存區(qū)設(shè)置，其中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)制備開口和鉆井開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)儲存區(qū)設(shè)置在鉆井開口和制備開口之間。
11.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中至少兩個(gè)分開的儲存區(qū)，其中第二管操作裝置設(shè)置在至少兩個(gè)儲存區(qū)之間。
12.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括管子斜坡，所述管子斜坡用于將管體從鉆井區(qū)外部的儲存區(qū)輸送到鉆井平臺，其中第一管操作裝置向延伸外越過管子斜坡。
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)出開口，第一管操作裝置可以從鉆井區(qū)外部穿過所述第一進(jìn)出開口夾緊管體。
14.一種用于在鉆井現(xiàn)場處操縱管體部分的方法，包括提供管子操作系統(tǒng)，所述操作系統(tǒng)包括鉆井平臺，其具有由從其向上延伸的井架，所述鉆井平臺和井架限定了鉆井區(qū)，第一絞車，其連接到井架的上部上，用于使管體通過限定在鉆井平臺中的鉆井開口，至少一個(gè)儲存區(qū)，其被布置在鉆井區(qū)內(nèi)，用于儲藏多個(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)制備開口，其在與鉆井開口和與至少一個(gè)儲存區(qū)間隔開的位置處延伸穿過鉆井平臺，扭轉(zhuǎn)工具，其用于在至少一個(gè)制備開口處使管體可旋轉(zhuǎn)地互連，以便形成管段，第一管操作裝置，其具有至少兩個(gè)單獨(dú)的夾緊裝置，用于同時(shí)單獨(dú)地夾緊單獨(dú)的管子，將管體和管段從鉆井區(qū)外部輸送到至少一個(gè)制備開口，以及第二管操作裝置，其用于在至少一個(gè)制備開口、至少一個(gè)儲存區(qū)和第一絞車之間輸送管段；通過第一管操作裝置的至少兩個(gè)夾緊裝置將多個(gè)管體從鉆井區(qū)的外部輸送到至少一個(gè)制備開口處于基本上豎直的位置；通過用扭轉(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)管體延伸穿過制備開口，另一個(gè)管體由第一管操作裝置的至少兩個(gè)夾具中的一個(gè)懸掛，通過所述第一管操作裝置將制得的管段從制備開口中拉出；通過所述第二管操作裝置將制得的管段輸送到至少一個(gè)儲存區(qū)處于基本上豎直的位置；通過所述第二管操作裝置將管段從儲存區(qū)輸送到鉆井開口處于基本上豎直的位置；以及用扭轉(zhuǎn)工具將上述管段可拆卸地連接到懸掛在鉆井開口內(nèi)的鉆柱的上端，以便形成完成的鉆井支架，隨后通過所述第一絞車下放鉆柱穿過鉆井開口。
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，所述管段通過用第一管操作裝置的第一夾緊裝置將第一管體布置在制備開口中而形成，使得其大部分在鉆井平臺下方延伸，該方法包括下述步驟用第一管操作裝置的第一夾緊裝置將第二管體保持在第一管體的上端上，并用扭轉(zhuǎn)裝置將兩個(gè)管體連接，以形成雙管；用第一管操作裝置的第一夾緊裝置將雙管升起并旋轉(zhuǎn)出制備開口；用第一管操作裝置的第二夾緊裝置將第三管體布置在制備開口中，使得其大部分在鉆井平臺下方延伸；此后用第一管操作裝置的第一夾緊裝置將雙管保持在互連的第一和第二管體的上端上，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的第一夾緊裝置將第一管段部分布置在第一制備開口中，使得其大部分在鉆臺或鉆井平臺的下方延伸，用第一管操作裝置的其中一個(gè)第一夾緊裝置將第二管體布置在靠近第一制備開口的第二制備開口中，使得其大部分在鉆井平臺下方延伸，用第一管操作裝置的第二夾緊裝置將第三管體保持在第二管體的上端上，并用扭轉(zhuǎn)工具將兩個(gè)管體連接起來；以及此后用第一管操作裝置的第一或第二夾緊裝置中的一個(gè)將互連的第二和第三管體保持在第一管體的上端上，并用扭轉(zhuǎn)工具將互連的第二和第三管體連接到第一管體上。
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，所述管段通過第一管操作裝置的第一夾緊裝置將第一管體布置在制備開口中，使得其大部分在鉆井平臺下方延伸形成，該方法包括下述步驟用第一管操作裝置的第二夾緊裝置將第二管體保持在第一管體的上端上，并用扭轉(zhuǎn)裝置將兩個(gè)管體連接，以形成雙管；用第一管操作裝置的第一夾緊裝置將雙管升起并旋轉(zhuǎn)出制備開口；用第一管操作裝置的第二夾緊裝置將第三管體布置在制備開口中，使得其大部分在鉆井平臺下方延伸；此后用第一管操作裝置的第一夾緊裝置將雙管保持在互連的第一和第二管體的上端上，并用扭轉(zhuǎn)裝置將第三管體連接到互連的第一和第二管體上。
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)工具在鉆井開口處將管段與鉆柱的上端分開，而隨后將鉆柱穿過鉆井開口向上拉，以及通過第二管操作裝置將分開的管段從鉆井開口輸送到儲存區(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上述第二管操作裝置將管段從儲存裝置輸送到第一管操作裝置處于基本上豎直的位置，通過第一管操作裝置的至少兩個(gè)夾緊裝置中的一個(gè)將每個(gè)管段下放穿過至少一個(gè)制備開口，使管段保持在至少一個(gè)制備開口中，隨后用扭轉(zhuǎn)工具在鉆井平臺的上表面上將相鄰的管體之間的互連松開，以及通過第一管操作裝置的至少兩個(gè)夾緊裝置中的至少兩個(gè)從制備開口輸送松開的管體。
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，其中每個(gè)所述管段的軸向尺寸基本上與井架的內(nèi)部自由高度相對應(yīng)。
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可旋轉(zhuǎn)的豎直支柱，所述豎直支柱其上具有至少兩個(gè)夾緊裝置，用于夾緊固定于其上的管體和管段。
26.按照權(quán)利要求25所述的方法，其中至少兩個(gè)夾緊裝置進(jìn)一步被設(shè)計(jì)用來豎直地提升管體和管段。
27.按照權(quán)利要求25所述的方法，其中至少兩個(gè)夾緊裝置中的每個(gè)還包括絞車，所述絞車能將夾緊裝置從鉆井區(qū)外部下放到管子儲存區(qū)。
28.按照權(quán)利要求25所述的方法，其中至少兩個(gè)夾緊裝置中的每個(gè)可繞豎直支柱單獨(dú)地旋轉(zhuǎn)。
29.按照權(quán)利要求25所述的方法，其中每個(gè)所述夾緊裝置包括至少兩個(gè)布置在支柱上的豎直對準(zhǔn)的夾緊裝置。
30.按照權(quán)利要求25所述的方法，其中每個(gè)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。
31.按照權(quán)利要求25所述的方法，其中每個(gè)所述夾緊裝置能同時(shí)在鉆井區(qū)外部下放到外部管子儲存區(qū)。
32.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)儲存區(qū)設(shè)置，其中夾緊臂可繞一豎直軸線旋轉(zhuǎn)并可側(cè)向延伸。
33.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中扭轉(zhuǎn)工具是鐵鉆工。
34.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，因此扭轉(zhuǎn)工具能在至少一個(gè)制備開口和鉆井開口處接合管體或管段。
35.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中至少一個(gè)儲存區(qū)設(shè)置在鉆井開口和制備開口之間。
36.按照權(quán)利要求14所述的方法，包括至少兩個(gè)單獨(dú)的儲存區(qū)，其中第二管操作裝置設(shè)置在所述至少兩個(gè)儲存區(qū)之間。
37.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)外部的儲存區(qū)輸送到所述第一管操作裝置。
38.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)外部的儲存區(qū)輸送到鉆井平臺，其中第一管操作裝置在管子斜坡上方向外延伸。
39.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中井架限定了第一進(jìn)出開口，第一管操作裝置可以穿過所述進(jìn)出開口從鉆井區(qū)外部夾緊管體。
全文摘要
一種用于在鉆臺(11)上的許多不同位置之間移動管子(22)的方法和設(shè)備，上述不同位置包括離開鉆的管架(26)和(27)、制備開口(21)、井眼和儲存區(qū)。管子(22)可以裝載到鉆臺(11)上，在制備開口(21)中制備出，裝載到儲存管架(26)和(27)上或離開儲存管架(26)和(27)，并在井眼中進(jìn)行鉆井的同時(shí)連接到鉆柱(19)上。設(shè)備還包括至少兩個(gè)管操作裝置(24)和(29)，用于使管子(22)在離開鉆臺(11)的儲存區(qū)(26)和(27)、鉆臺(11)上的儲存區(qū)、至少一個(gè)制備開口(21)和鉆井開口(18)之間連通。
文檔編號E21B19/18GK1906375SQ200480040865
公開日2007年1月31日 申請日期2004年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月12日
發(fā)明者J·貝里 申請人:瓦克I/P公司