顶部驱动钻井装置制造方法及图纸

一种顶部驱动钻井装置包括：钻塔；由钻塔支撑的竖直轨道；沿着所述一个或多个竖直轨道引导的吊运车；以及用于上下移动吊运车的提升设备。所述装置进一步包括：管状杆，其连接到钻柱的上端以与之一起围绕钻柱的轴线旋转；以及顶部驱动单元，其包括电动机，所述电动机适配成旋转管状杆从而旋转连接的钻柱以便钻井，其中所述顶部驱动单元由吊运车支撑。此外，提供吊卡，所述吊卡适配成例如在下钻过程中在工作位置悬吊所述钻柱，并且提供吊卡支撑组件，其适配成吸收所述悬吊的钻柱的负载并且适配成在钻柱轴线上的工作位置与缩回位置之间移动所述吊卡。根据本发明专利技术，吊卡支撑组件体现为吊卡与吊运车之间的直接钻柱承重连接，独立于所述顶部驱动单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】顶部驱动钻井装置
本专利技术涉及一种顶部驱动钻井装置以及一种用于执行钻井操作的方法。
技术介绍
例如，US4,489,794参考图8到图10a、10b揭示一种顶部驱动钻井装置，其包括设置有竖直轨道的钻塔，所述竖直轨道由钻塔支撑。吊运车沿着竖直轨道被引导。吊运车从提升设备的游动滑车处悬吊下来，这在钻井业中通常称为钻井绞车。提升设备包括绳缆和绞车，以及定滑车。游动滑车通过绳缆从定滑车悬吊而下。绞车的操作允许沿着轨道将游动滑车和吊运车上下移动。上述已知的装置进一步包括顶部驱动单元，其包括可旋转的管状杆，所述管状杆连接到钻柱的上端，以与之一起围绕钻柱的轴线旋转。顶部驱动单元进一步包括电动机，所述电动机适配成旋转所述管状杆，从而旋转连接的钻柱，以便钻井。顶部驱动单元由吊运车支撑，以便至少吸收来自顶部驱动单元的电动机的反作用力矩。例如，在钻柱从管状杆和/或顶部驱动拆卸时，为了悬吊钻柱，上述已知的装置包括吊卡，所述吊卡适配成例如在下钻(tripping)过程中将钻柱从吊卡悬吊下来。如所属领域中很常见，在此已知的装置中，吊卡由两个可枢转臂固持，所述枢转臂在其上端处以枢转的方式连接到悬吊主体，悬吊主体继而悬挂在顶部驱动单元的可旋转管状杆上形成的肩部上。这些通常所称的臂或连杆非常稳固，因为它们被设计成在诸如下钻等活动过程中吸收整个钻柱的负载。提供致动器，所述致动器可运行以在位于钻柱轴线上的工作位置与远离钻柱轴线的缩回位置之间移动吊卡。已知的布置并不完全令人满意。例如，如US4,489,794中所说明的，吊卡从可旋转杆处悬吊下来需要一种机制来避免固持吊卡的枢转臂在钻井过程中被带入管状杆的旋转运动。否则，将出现臂和吊卡回转的风险。
技术实现思路
因此，本专利技术的第一方面的目标是提出一种改进的装置或至少一种替代的装置。本专利技术的第一方面提供一种基于US4,489,794的顶部驱动钻井装置，其包括:钻塔；由所述钻塔支撑的一个或多个竖直轨道；沿着所述一个或多个竖直轨道引导的吊运车；用于上下移动所述吊运车的提升设备；管状杆，其连接到钻柱的上端以与所述钻柱一起围绕所述钻柱的轴线旋转；顶部驱动单元，其包括电动机，所述电动机适配成旋转所述管状杆从而旋转连接的钻柱以便钻井，其中所述顶部驱动单元由所述吊运车支撑，以便至少吸收来自所述顶部驱动单元的电动机的反作用力矩；吊卡，其适配成在工作位置悬吊所述钻柱；吊卡支撑组件，其适配成吸收悬吊的钻柱的负载并且适配成在钻柱轴线上的工作位置与缩回位置之间移动所述吊卡，其特征在于，吊卡支撑组件体现为吊卡与吊运车之间的直接钻柱承重连接，独立于顶部驱动单元。在实施方案中，本专利技术的设计允许实现优于现有技术设计的相关优点。例如，顶部驱动单元现在无需设计成支撑吊卡，从而其设计不复杂，成本也不高。此外，顶部驱动单元无需配合吊卡，反之亦然。根据本专利技术的第一方面，顶部驱动单元由吊运车支撑，以便至少吸收来自顶部驱动单元的电动机的反作用力矩。吊运车从提升设备处悬吊下来。同样可以想到，顶部驱动单元从吊运车处悬吊下来，或者顶部驱动单元从提升设备(例如，游动滑车)处悬吊下来，并且仅由吊运车支撑，以吸收反作用力矩。因此，顶部驱动从提升设备处悬吊下来，任选地经由吊运车悬吊下来。根据本专利技术的第一方面，管状杆连接到钻柱的上端，以与之一起围绕钻柱的轴线旋转。在一个实施方案中，管状柱连接到顶部驱动单元或与之形成整体。由于顶部驱动单元被吊运车支撑，因此，管状杆经由顶部驱动单元而被吊运车支撑。在一个替代实施方案中，管状杆以允许管状杆旋转的方式直接连接到吊运车。在这两个实施方案中，顶部驱动单元被允许接合在管状杆上，以旋转管状杆，从而旋转连接的钻柱，以便钻井。在一个可能的实施方案中，顶部驱动单元与吊运车形成整体。或者，顶部驱动单元以可拆卸的方式悬吊下来。例如，在一个实施方案中，提升设备(例如，提升设备的游动滑车)支撑大钩，并且顶部驱动单元设置有提环以便将顶部驱动单元从大钩悬吊下来。此类可拆卸的顶部驱动单元使得顶部驱动单元能够从吊运车移除，而吊卡仍能充分发挥作用。这可用来例如在钻柱的下钻过程中对顶部驱动单元进行维护或修理。顶部驱动便可简单地移除，但是下钻不会受到影响。此外，有可能提供替代的顶部驱动，以及允许本专利技术的顶部驱动钻井装置与所述顶部驱动进行更换。在一个实施方案中，其中顶部驱动以可拆卸的方式从提升设备悬吊下来，任选地经由吊运车悬吊，可以实施根据本专利技术的一种方法，所述方法包括以下步骤：-借助顶部驱动单元进行钻井，-将钻柱从管状杆和/或顶部驱动拆卸，-将钻柱附接到吊卡，-将顶部驱动从提升设备或吊运车拆卸，-将钻柱下钻。在一个实施方案中，顶部驱动钻井装置还设置有顶部驱动提升设备，以用于悬吊顶部驱动并且适配成将顶部驱动从钻柱轴线上的工作位置移开。有可能的是，用于上下移动吊运车的提升设备邻近钻柱轴线延伸，从而允许顶部驱动提升设备在钻柱轴线内接合顶部驱动。例如，顶部驱动提升设备可以是传统的起重机。此外，吊卡上的任何电子设备，例如，一个或多个传感器例如用以用信号通知吊卡的打开和/或关闭状态，或用以用信号通知吊卡中管件的存在)可以经由沿着吊卡支撑组件行进的一个或多个绳缆(例如，经由牵引链)进行连接，从而绕过顶部驱动单元。这再次避免顶部驱动单元和吊卡的设计之间过度配合。根据本专利技术的第一方面，吊卡支撑组件体现为吊卡与吊运车之间的直接钻柱承重连接，独立于顶部驱动单元。因此，吊卡支撑组件连接到吊运车，而同时顶部驱动单元也由吊运车支撑。有可能的是，吊卡支撑组件的连接点设于管状柱的上方。在一个实施方案中，吊卡支撑组件的连接点设于顶部驱动单元的电动机的上方。在一个实施方案中，吊卡支撑组件包括在上端处连接到吊运车的两个枢转第一臂，所述第一臂布置在顶部驱动单元的相对侧上，以便当在工作位置与缩回位置之间移动吊卡时，沿着顶部驱动单元通过。任选地，第一臂可在上端处以自由旋转的方式悬吊，以便在重力的影响下自然悬垂。在一个实施方案中，两个枢转第一臂相互连接，例如，经由一个或多个横梁连接，例如，形成环绕顶部驱动单元的U形保持架。任选地，横梁连接到第一臂的下端，所述横梁支撑吊卡。在一个实施方案中，吊卡支撑组件包括位于吊运车与一个或多个枢转臂之间(例如，每个第一臂与吊运车之间)的一个或多个致动器，例如，液压缸，以在钻柱轴线上的工作位置与缩回位置之间移动吊卡。优选地，在工作位置，枢转臂与钻柱轴线在共同假想平面中的第一臂的枢轴下方的竖直线上对齐。在缩回位置，枢转臂可以一定的角度枢转远离竖直线，所述角度介于10°到90°之间，优选介于15°到45°之间。在一个实施方案中，吊卡支撑组件包括两个枢转第二臂，每个在其上端处以枢转的方式连接到对应第一臂的下端，其中吊卡连接到第二臂的下端。有可能的是，横梁连接到第二臂的下端，所述横梁支撑吊卡。在一个实施方案中，吊卡支撑组件设置有用于钻井装备(例如，备用或替代的吊卡)的一个或多个储存位置。优选地，至少两个储存位置设在吊卡的相对侧处。在一个实施方案中，其中吊卡支撑组件包括例如枢转第一臂之间或枢转第二臂之间的横梁，横梁有可能在吊卡的相对侧处提供储存位置，例如，用于替代的吊卡。在一个实施方案中，吊卡支撑组件包括位于吊运车与一个或多个枢转第一臂之间的一个或多个致动器，例如，本文档来自技高网...

【技术保护点】
顶部驱动钻井装置(1；100)，其包括：‑钻塔(10)，‑由所述钻塔支撑的一个或多个竖直轨道(11a、11b)，‑沿着所述一个或多个竖直轨道引导的吊运车(12；112)，‑用于上下移动所述吊运车的提升设备(20)，‑管状杆(31；131)，其连接到钻柱的上端以与所述钻柱一起围绕所述钻柱的轴线(A)旋转，‑顶部驱动单元(30；131)，其包括电动机(32；132)，所述电动机适配成旋转所述管状杆从而旋转连接的钻柱以便钻井，其中所述顶部驱动单元由所述吊运车支撑，以便至少吸收来自所述顶部驱动单元的电动机的反作用力矩，‑吊卡(40；140a、140b)，其适配成例如在下钻过程中在工作位置悬吊所述钻柱，‑吊卡支撑组件(45；145)，其适配成吸收悬吊的钻柱的负载并且适配成在钻柱轴线上的工作位置与缩回位置之间移动所述吊卡，其特征在于，所述吊卡支撑组件体现为所述吊卡与所述吊运车之间的直接钻柱承重连接，独立于所述顶部驱动单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.05.03 NL 20107561.顶部驱动钻井装置(1；100)，其包括：-钻塔(10)，-由所述钻塔支撑的一个或多个竖直轨道(11a、11b)，-沿着所述一个或多个竖直轨道引导的吊运车(12；112)，-用于上下移动所述吊运车的提升设备(20)，-管状杆(31；131)，其连接到钻柱的上端以与所述钻柱一起围绕所述钻柱的轴线(A)旋转，-顶部驱动单元(30；130)，其包括电动机(32)，所述电动机适配成旋转所述管状杆从而旋转连接的钻柱以便钻井，其中所述顶部驱动单元由所述吊运车支撑，以便至少吸收来自所述顶部驱动单元的电动机的反作用力矩，-吊卡(40；140a、140b)，其适配成在工作位置悬吊所述钻柱，-吊卡支撑组件(45；145)，其适配成吸收悬吊的钻柱的负载并且适配成在钻柱轴线上的工作位置与缩回位置之间移动所述吊卡，其特征在于，所述吊卡支撑组件体现为所述吊卡与所述吊运车之间的直接钻柱承重连接，独立于所述顶部驱动单元。2.根据权利要求1所述的顶部驱动钻井装置，其中所述吊卡支撑组件包括在上端处连接到所述吊运车的两个枢转第一臂(46；146)，所述枢转第一臂布置在所述顶部驱动单元的相对侧上，以便当在所述工作位置与所述缩回位置之间移动所述吊卡时，沿着所述顶部驱动单元通过。3.根据权利要求2所述的顶部驱动钻井装置，其中所述吊卡支撑组件包括两个枢转第二臂(47)，每个枢转第二臂在其上端处以枢转方式连接到对应枢转第一臂的下端，其中所述吊卡连接到所述枢转第二臂的下端。4.根据权利要求3所述的顶部驱动钻井装置，其中横梁(48)连接到所述枢转第二臂的下端，所述横梁支撑所述吊卡。5.根据权利要求4所述的顶部驱动钻井装置，其中所述枢转第二臂在其上端处以能够自由旋转的方式悬吊，以便在重力的影响下自然悬垂。6.根据权利要求3所述的顶部驱动钻井装置，其中在所述吊卡的所述工作位置，每对臂中互连的枢转第一臂和枢转第二臂在所述枢转第一臂的上部枢轴下方的竖直线上对齐，该直线与所述钻柱轴线位于共同假想平面中。7.根据权利要求2所述的顶部驱动钻井装置，其中所述两个枢转第一臂(46；146)相互连接。8.根据权利要求7所述的顶部驱动钻井装置，其中所述两个枢转第一臂经由一个或多个横梁(146a)相互连接，形成环绕所述顶部驱动单元的U形保持架。9.根据权利要求2所述的顶部驱动钻井装置，其中横梁(148)连接到所述枢转第一臂(146)的下端，支撑所述吊卡(140a、140b)的两对枢转吊卡臂(147)连接到所述横梁(148)。10.根据权利要求9所述的顶部驱动钻井装置，其中所述横梁以能够自由旋转的方式从所述枢转第一臂的下端悬吊，以便在重力的影响下自然悬垂。11.根据权利要求9所述的顶部驱动钻井装置，其中在所述吊卡的所述工作位置，每对臂中的所述枢转第一臂和枢转吊卡臂在所述枢转第一臂的上部枢轴下方的竖直线上对齐，该直线与所述钻柱轴线位于共同假想平面中。12.根据权利要求2所述的顶部驱动钻井装置，其中横梁(148)连接到所述枢转第...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·茹登伯格，D·B·维哲宁，
申请(专利权)人：伊特里克公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL