同步管件装卸系统技术方案

一种用于组装和运输油田管件立根的系统和方法，其通过一钻井夹板、一井架和一旋转系统使得钻井作业同步并独立地进行。离线导向路径水平到竖直臂（“HTV”）在同一平面内将水平放置在架空步道上的管件提起，而在线钻井作业也同步进行。立根臂将该管件提出或放入可调节的预备孔中，并运送这些管件，将其存放在井架上部的辅助管件吊架站。桥式桁架起重机将管件立根从辅助管件吊架站移至顶端驱动装置或另一管件吊架站。

【技术实现步骤摘要】
同步管件装卸系统
技术介绍
1.
本专利技术涉及在钻井作业同步并独立地进行着的时候，在单独的钻井甲板、井架和旋转系统中或它们周围运输、安装、贮存及拆卸油田管件的新方法和系统。2相关现有技术在海上和陆地利用旋转式钻塔钻取石油或天然气的深度越来越深。深度的增加也就意味着钻油时间的增长以及费用的增加。用于这种钻塔运行费用已经相当的高(一些海上钻井平台的租金每天甚至超过400,000至500,000美元)。因此，任何独立于钻井操作以节省哪怕少量时间的生产运行都在经济上很有意义。术语“管件”在这是指所有类型的钻杆(包括重型钻杆，例如HEVI-WATETM管)、套管、钻铤、尾管、井底组件以及现有技术中其它类型的管。HEVI-WATETM是得克萨斯州休斯顿史密斯国际有限公司的注册商标。当管件串的一小部分在钻井甲板上延伸时，钻井的运转时常被中断。其它管件必须从贮存架移出并与管件串的顶端连接，这将很大程度地耽误钻井作业的进行。典型的单根钻杆段的长度为30英尺(大约10米)。将两个或更多的管件单段连接在一起从而形成立根。过去，立根通常由四个或五个管件单段组装或组成。通常在旋转台上采用顶端驱动旋转系统来转动钻柱，也是现在旋转钻井中普遍采用的方法。顶端驱动的一个好处在于可使用预先组装好的管件立根。因此，独立于钻井过程来形成和操作管件立根是一种潜在的节省时间和费用的重要方法。Lund的美国专利US4,850,439中公开了一种与钻井运转同时进行的装卸管件的方法和系统，其公开的内容以参引的方式结合到本文中。Lund采用一种预备孔和辅助升降机进行立根离线组装。Lund提出，在钻井运转的同时，当辅助升降机向上移动时将第一管件提升到竖直位置，从而将管件悬至缆索上并继而降下，放入预备孔中。Lund提出，另一管可悬至第一管件上方并进行连接(专利‘439，第7栏第58行至第8栏第19行)。至于第三个管件，如果预备孔顶端之下的自由空间小于两个管件的长度，Lund提出采用另一个辅助升降机。在这种情况下，必须将预备孔从第一辅助升降机的竖直悬挂线上移开或与其形成一倾斜角度(专利’439，第9栏第58行至第10栏第46行)。新加坡的斯梅德维格(Smedvig)亚洲股份有限公司提供了另一种离线组装立根的方法和系统。Smedvig采用自动提升的海上供应船钻塔将钻井设备运送并安装至平台上。在将钻井设备安装在平台上之后，Smedvig采用了将管件从供应船钻塔运送到平台上的高架缆索系统、位于井架顶端的平行于钻井甲板移动的桁架起重机、以及两个预备孔。Smedvig建议，在平台上进行钻井作业时，可在水平位置将钻塔上的单根管件的两端手动连接至高架缆索系统。该高架缆索系统是用于提升管件并将其从钻塔上跨过水面运送至位于平台上的管件坡道。然后手工将一个由缆索连接于桁架起重机的提升装置的夹紧装置连接于管件坡道上的管件的上端。管件继而被提升至竖直位置，并由缆索悬挂在第一预备孔上方。随后，将该管件放入该预备孔中，最后松开夹紧装置。可对第二管件重复上述步骤，将其悬空送入第二预备孔中。同样可以对第三管件实施该步骤，将其与第一管件连接，从而形成双立根。接着，通过桁架起重机提起该双立根，并将其放下与第二管件连接，从而形成三元组。桁架起重机将组装后的立根提起并运送至井架顶端竖直的管件存放架。Smedvig还提出该第一预备孔可具有一用于容纳不同尺寸管件的可调节底部。Berry的美国专利US6,976,540中披露了另一离线立根组装的方法和系统，其公开的内容以参引的方式结合到本文中。Berry在该申请中提出的方案中包括负载和预备钻杆的装卸装置(“预备装置”)，存放钻杆的操作装置(“存放装置”)和井架顶端的管件存放区。该预备装置包括可围绕其纵轴旋转的竖直桁架。该预备装置还包括连接于从竖直桁架伸出的升降缆索端部的夹紧装置。该夹紧装置手动地连接于已经被放置在架空步道上的预备装置或钻杆坡道附近的管件一端，管件，从而当缆索向预备装置缩回时，被提升的管件由缆索悬挂着，这类似于Lund和Smedvig系统。Berry提出，桁架随后通过一环形轨道将竖直管件悬挂入第一预备孔，其已经沿着该轨道放置。该预备装置接着可将第一管件放入第一预备空中。其采用两个预备孔来实施立根的组装类似于Smedvig系统。该预备装置随后将该组装后的立根竖直提升至该井架顶端，并直接与该存放装置进行交接，该存放装置可以为钻井作业存放或运送该立根(‘540专利，第7栏第26-40行和第8栏第30-35行)。采油工业已经具有在线将管件从管件坡道上的水平位置运送至钻井中心的竖直位置的系统。Brittian等人的美国专利US4,834,604公开了这样的一个系统，其公开的内容以参引的方式结合到本文中。Brittian提供了连接至悬臂的定位板，该悬臂转动安装在靠近钻塔的基座上。该定位板直接将管件从水平位置穿过V型通道运送到竖直位置，从而形成管件与管件串之间的连接。Sorokan的美国专利US6,220,807揭露了另一个系统，其公开的内容以参引的方式结合到本文中。在线钻杆装卸系统是采用枢转地连接至钻塔的双头臂组件，以及均枢转地连接至该双头臂组件的前臂组件和夹头组件。该夹头组件夹取水平放置在靠近钻塔的管件架上的管件，并将其旋至钻井中心上方的竖直位置。Skogerbo的公开号US2006/0151215的文献中提供了一种将管件从水平位置转为竖直位置的装卸系统。Skogerbo公开了一种EagleLight/HTV-Arm，得克萨斯州休斯顿市的AkerKvaernerMH销售这种装置。EagleLight/HTV(水平至竖直)装置用于在线将管件从架空步道上的水平位置直接运送到井架上的竖直位置，从而直接位于钻井中心上方的，或进入鼠洞之中。AkerKvaernerMH还销售桥式桁架起重机系统以及存放指梁。得克萨斯州休斯敦市的国际油井Varco也制造了一种类似的HTV在线钻杆装卸设备。Simpson等人的美国专利US6,705,414中揭露了另一种用于在桁架上的水平位置与油井中心上方的竖直位置之间运送管件的在线方法和设备。Simpson提出了一种用于在架空步道水平位置上组装管件立根的装配机械。组装好的立根位于吊车吊取的水平位置，并且在钻塔入口处变成竖直方向。缆索绞盘将被吊车夹紧的立根向前并向上拉到一轨道上。位于井架上部的竖直桁架装置用来运送来自吊车的立根。上述管件装卸方法和系统的缺点包括人与管件之间的接触以及多个阶段多个位置的提升设备，这些将导致昂贵的延期或人身伤害。对准以及运送操作过于冗长并且复杂。离线立根组装中管件的路径受到限制，这也将引起延期并存在安全隐患。当设备被用于在线的钻井作业中时，离线立根组装操作将被中断。因此，期望一种用于装卸管件的更有效的方法和系统，其能最小化或消除人体与管件和提升装置之间的接触，在整个离线操作中约束并控制管件的路径，将管件的低效率移动最小化并消除管件组装和钻井作业中任何可能的中断。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于组装和操作油田管件立根的系统和方法，其用于单独的井架、钻井甲板和旋转系统，并将离线立根组装步骤与钻井过程分离。导向路径水平-竖直臂(“HTV”)将水平放置在架空步道上的一些管件提起，并继而将这些管件移至一个单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管件处理系统，包括： 具有油井中心的钻井平台； 主管件运送站，用于将第一管件运送到油井中心； 装卸装置包括用于装卸第二管件的立杆臂，和 定位在靠近所述立杆臂来引导第二管件到立杆臂的导向路径臂； 其中，第一管件移动到油井中心时与立杆臂或导向路径臂不干涉。

【技术特征摘要】
2007.02.23 US 11/710,6381.一种管件处理系统，包括：具有油井中心的钻井平台；主管件运送站，用于将第一管件运送到油井中心；装卸装置包括用于装卸第二管件的立根臂，和定位在靠近所述立根臂来引导第二管件到立根臂的导向路径臂；其中，第一管件移动到油井中心时与立根臂或导向路径臂不干涉。2.如权利要求1所述的系统，进一步包括设在所述钻井平台上的钻井结构，其中，主管件运送站设在所述钻井结构中。3.如权利要求1或2所述的系统，进一步包括：位于所述主管件运送站上方的第一管件吊架站和辅管件吊架站。4.如权利要求1或2所述的系统，进一步包括一旋转第一管件的顶端驱动装置；和/或一旋转第一管件的转盘；和/或用于提升的绞车5.如上述权利要求1或2所述的系统，其中，所述主管件运送站进一步包括：位于所述油井中心径向向外位置的鼠洞；6.如权利要求5所述的系统，其中，所述导向路径臂被控制在不与所述鼠洞和所述油井中心之间相交。7.如权利要求5所述的系统，其中，所述导向路径臂基本在平行于第二平面的第一平面内旋转，第二平面包括鼠洞和油井中心。8.如权利要求1或2所述的系统，其中，第二管件是下列之一：钻杆；套管；立管段；生产油管；和尾管。9.将若干管件从钻井平台移动到井眼的方法，该方法通过至少部分地由主管件运送站和至少部分地由辅管件装卸站来执行，该方法包括如下步骤：(a)穿过油井中心在钻井平台内钻井眼；(b)在钻井平台上移动第一管件，并从所述主管件运送站移动到所述油井中心；(c)(i)移动第二管件使其不干扰所述油井中心；(ii)在移动第二管件步骤后，将第二管件的一部分定位在钻井平台的预备孔中，其中，步骤(c)独立地执行，并在执行步骤(a)和(b)的至少一部分相同时间内执行。10.如权利要求9所述的方法，其中步骤(c)进一步包括将第二管件提升到辅管件吊架站。11.如权利要求9或10所述的方法，其中，移动第二管件的步骤包括在基本平行于第一平面的第二平面内旋转第二管件的步骤，第一平面包括油井中心和沿油井中心径向向外布置的鼠洞。12.如权利要求10所述的方法，进一步包括以下步骤：在辅管件装卸站连接若干管件；将已连接的管件从辅管件装卸站提升到辅管件吊装站；以及将已连接的管件从辅管件吊装站移动到与油井中心和/或主管件吊装站基本对齐的位置。13.如权利要求9、10或12所述的方法，其中，将第二管件的一部分定位在预备孔的步骤包括将第二管件置于预备孔的中心。14.如权利要求9、10或12所述的方法，其中，将第一管件移动到油井中心的步骤包括用液压升降机提升第一管件。15.如权利要求9、10或12所述的方法，其中，移动管件的步骤之一包括用索引臂组件分离管件。16.钻井系统包括：具有油井中心的钻井平台；设置在钻井平台上的钻井结构；主管件运送站，用于将第一管件运送到油井中心；设在钻井结构中的立根臂，用于将第二管件定位在基本垂直的位置，其中，该立根臂构造成在将第一管件运送到油井中心期间并且独立于所述主管件运送站操作；第一管件吊架站，在钻井平台上方并靠近所述立根臂，用于抓握第二管件；和桥式桁架起重机，用于在第一管件吊架站和所述油井中心之间移动第二管件，其中，所述立根臂构造成直接定位第二管件和第一管件吊架站。17.如权利要求16所述的钻井系统，进一步包括，定位在所述钻井平台上方用于抓握第二管件的第二管件吊架站，其中，所述桥式桁架起重机在第一管件吊架站和第二管件吊架站之间移动第二管件。18.如权利要求16或17所述的钻井系统，进一步包括：水平到垂直的导向路径臂，靠近所述立根臂来引导第二管件从基本水平位置到靠近立根臂的基本垂直位置，其中，立根臂和该导向路径臂在运送第一管件到油井中心期间，独立于主管件运送站操作。19.如权利要求16或17所述的系统，其中，立根臂独立于桥式桁架起重机操作。20.如权利要求16或17所述的系统，其中，第一管件移动跨过钻井平台到达油井中心时，第一管件与立根臂和所述导向路径臂不干涉。21.如权利要求16或17所述的系统，其中，第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾伦·奇尔德斯·马克，布兰登·威廉姆·拉金，哈维·马克·瑞曲，巴里·M·斯密斯，
申请(专利权)人：阿特伍德海洋有限公司，福瑞德高曼联合公司，
类型：发明
国别省市：美国;US