钢缆系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术提供了一种在钻井操作过程中使用的钢缆系统。所述钢缆系统具有钢缆组件和辊组件。所述钢缆组件和所述辊组件都定位于钻机的前部。在一个方面，本文所述的是一种在钻机上使用的钢缆系统。所述钻机可包括钻井系统，并且所述钻井系统可包括桅杆、钻柱和被构造成将旋转传输给钻井地层中的所述钻柱的钻头。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年5月20日提交的美国临时专利申请No.62/000,725的优先权和提交日期的权益，该美国临时专利申请全文以引用方式并入本文。
本专利技术涉及一种在钻井操作过程中使用的钢缆系统。
技术介绍
利用钢缆缆绳的常规钻井系统包括钢缆组件，该钢缆组件被定位在钻井系统的桅杆后或定位到桅杆一侧(例如当在可变高度处工作时)。这些系统提供较差的钢缆系统可视性，并且通常不会在操作过程中充分阻止钢缆缆绳扭曲。通常，常规钢缆钻井系统难以在现场维护，并且缺乏期望的可靠性。因此，在相关领域中需要提供改进的钢缆可视性、改进的钢缆控制、改进的可维护性和改进的可靠性中一者或多者的钢缆钻井系统和方法。
技术实现思路
在一个方面，本文所述的是一种在钻机上使用的钢缆系统。该钻机可包括钻井系统，并且钻井系统可包括桅杆、钻柱和被构造成将旋转传输给钻井地层中的钻柱的钻头。桅杆可具有纵向轴线以及相背对的第一端和第二端。桅杆的第一端可被构造成靠近钻井地层定位。钻头可任选地被构造用于相对于桅杆的纵向轴线选择性运动。钻井系统可具有第一横向轴线和相对于第一横向轴线垂直延伸的第二横向轴线。当桅杆处于基本上竖直位置上时，第一横向轴线和第二横向轴线可基本上垂直于桅杆的纵向轴线。第一横向轴线将钻机分隔为前部和后部，并且第二横向轴线从钻机的前部延伸至钻机的后部。在另一方面，钢缆系统可包括钢缆组件，该钢缆组件操作性地在相对于桅杆的纵向轴线的第一轴向位置处固定到桅杆上。第一轴向位置可靠近钻机桅杆的第一端。钢缆组件可包括被构造成与钻井缆绳接合的转筒。在又一方面，钢缆系统可还包括辊组件，该辊组件操作性地在相对于桅杆的纵向轴线的第二轴向位置处固定到桅杆上。第二轴向位置可相对于桅杆的纵向轴线定位于第一轴向位置和桅杆的第二端之间。辊组件可被构造成与钻井缆绳接合。钢缆组件和辊组件可定位于钻机的前部内，并且钢缆组件的至少一部分和辊组件的至少一部分可相对于第二横向轴线与桅杆轴向地间隔开。在另一方面，本文所公开的是一种用于在钻井地层内执行钻井操作的钻井系统。钻井系统可定位在钻机上。钻井系统可包括桅杆、钻柱、钻头、钢缆组件和辊组件。在又一方面，本文所公开的是一种用于调节桅杆上钻头的角位置的示例性倾斜拖运器。倾斜拖运器可任选地与本文所公开的钻机系统一起使用。本专利技术的其他优点将在下面部分地阐明，而且将部分地从该描述中显而易见，或可以通过本专利技术的实践而获知。通过在所附权利要求中特别指出的要素和组合，可实现和获得本专利技术的优点。应当理解，上述一般描述和以下详细描述仅是示例性和说明性的，而不是对如受权利要求所保护的本专利技术进行限制。附图说明本专利技术的优选实施例的这些和其他特征在参照附图的详细描述中将变得更加显而易见，其中：图1A示出了如本文所公开的包括示例性钻井系统的钻机的透视图。图1B示出了图1A的钻机的左侧视图。图1C示出了图1A的钻机的前视图。图2示出了如本文所公开的包括具有竖直位置的桅杆的示例性钻井系统的钻机的顶视图。图3是如本文所公开的示例性钻井系统的安全笼和控制面板的透视图。图4是如本文所公开的示例性卷带组件的透视图。图5是示例性安全笼和钢缆组件的分离透视图，示出了用于访问钢缆组件的辅助门。图6A至图6B提供了如本文所公开的示例性辊组件的各种透视图。图7A是如本文所公开的示例性辊组件的横截面透视图。图7B至图7D是图7A的辊组件的一些部分的各种透视图。图7B是图7A中辊组件的端视图。图7C是如本文所公开的定位于辊组件的槽轮限定的凹槽内的钻井缆绳的分离透视图。图7D是如本文所公开的围绕辊组件的连接器的轴承的分离横截面视图。图8是如本文所公开的示例性钢缆组件的透视图。图9至图10是如本文所公开的示例性钢缆组件的横截面视图。图9示出了电机保持在适当位置的钢缆组件，而图10未示出电机。图11是如本文所公开的示例性钢缆组件的转筒的分离端视图。图12是如本文所公开的示例性倾斜拖运器的透视图，其中保持钻头。图13是如本文所公开的示例性倾斜拖运器的透视图，其中保持钻头在完全倾斜位置。图14是如本文所公开的示例性倾斜拖运器的分离透视图。图15是如本文所公开的示例性倾斜拖运器后部的特写透视图。图16是如本文所公开的倾斜拖运器的示例性液压缸和示例性锁定销的独立视图。图17是如本文所公开的示出倾斜拖运器的示例性辊、导轨和链条/缆绳连接部的特写透视图。具体实施方式通过参照以下详细说明、实例、附图和权利要求及其以上和以下的说明可更加容易地理解本专利技术。然而，在公开并描述本专利技术装置、系统和/或方法之前，应当理解，除非另有指明，本专利技术并不局限于所公开的具体装置、系统和/或方法，因为此类具体装置、系统和/或方法理所当然可能会发生变化。也应当了解本文所用的术语仅是为了描述特定方面，而不旨在进行限制。本专利技术的以下描述被提供为以当前熟知的最佳实施例实现本专利技术的教导。为此，相关领域的技术人员将认识和理解，可在本文描述的本专利技术的各个方面作出许多更改，同时仍能获得本专利技术的有益效果。还显而易见的是，可以通过选择本专利技术的一些特征而不利用其他特征来获得本专利技术的一些所需的有益效果。因此，本领域的技术人员将认识到，对本专利技术做出的许多修改和调整是可能的，并且在某些情况下甚至是期望的，并构成本专利技术的一部分。因此，以下描述被提供为本专利技术的原理的示例性说明而并非限制本专利技术。如全文所用，除非上下文清楚地另外指明，单数形式的“一个”、“一种”以及“所述”包括复数涵义。因此，例如，提及“辊”可包括两个或更多个此类的辊，除非上下文另有指示。范围在本文中可被表达为始于“约”某一特定值和/或止于“约”另一特定值。当表达此类范围时，另一方面包括从一个特定值和/或至另一特定值。类似地，当采用先行词“约”将数值表达为近似值时，应当理解，该具体值也构成了另一个方面。还应理解，每个范围的端值相对于另一个端值，还是不取决于另一个端值来说，都是有意义的。如本文所用，术语“任选的”或“任选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且所述描述包括其中发生所述事件或情况的实例和其中不发生所述事件或情况的实例。如本文所用的单词“或”意指特定列表中的任意一个成员，并且还包括该列表成员的任意组合。参照图1A至图11，本文所述的是一种在钻机200上使用的钢缆系统100。钻机200可包括钻井系统205，该钻井系统可包括桅杆210、钻柱220和被构造成将旋转传输给钻井地层中的钻柱的钻头230。桅杆210可具有纵向轴线212和相背对的第一端214和第二端216，其中桅杆的第一端被构造成靠近钻井地层定位。钻头230可任选地被构造用于相对于桅杆210的纵向轴线212选择性运动。钻机200可具有第一横向轴线202和相对于第一横向轴线垂直延伸的第二横向轴线204。当桅杆210定位在竖直位置时，如图2所示，可以设想的是，第一横向轴线202和第二横向轴线204可基本上垂直于桅杆的纵向轴线212。第一横向轴线202将钻机200分隔为前部206和后部208，并且第二横向轴线204从钻机的前部延伸至钻机的后部。在示例性方面，钢缆系统100可包括钢缆组件10和辊组件20。在操作中，钻井系统205可旋转并将钻柱送入钻井地层中。钻井系统205还可包括底脚夹持本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在钻机上使用的钢缆系统，所述钻机包括桅杆、钻柱和被构造成向钻井地层中的钻柱传输旋转的钻头，所述桅杆具有纵向轴线和相背对的第一端和第二端，所述桅杆的所述第一端被构造成用于靠近所述钻井地层进行定位，所述钻机具有第一横向轴线和相对于所述第一横向轴线垂直延伸的第二横向轴线，其中当所述桅杆定位于竖直位置上时，所述第一横向轴线和所述第二横向轴线基本上垂直于所述桅杆的所述纵向轴线，其中所述第一横向轴线将所述钻机分隔成前部和后部，其中所述第二横向轴线从所述钻机的所述前部延伸至所述钻机的所述后部，所述钢缆系统包括：钢缆组件，所述钢缆组件在相对于所述桅杆的所述纵向轴线的第一轴向位置操作性地固定于所述桅杆，所述第一轴向位置靠近所述钻机的所述桅杆的所述第一端，其中所述钢缆组件包括被构造成用于与钻井缆绳接合的转筒；以及辊组件，所述辊组件在相对于所述桅杆的所述纵向轴线的第二轴向位置操作性地固定于所述桅杆，所述第二轴向位置相对于所述桅杆的所述纵向轴线定位于所述第一轴向位置和所述桅杆的所述第二端之间，其中所述辊组件被构造成用于与所述钻井缆绳接合，其中所述钢缆组件和所述辊组件定位于所述钻机的前部中，并且其中所述钢缆组件的至少一部分和所述辊组件的至少一部分相对于所述第二横向轴线与所述桅杆轴向隔开。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.20 US 62/000,7251.一种用于在钻机上使用的钢缆系统，所述钻机包括桅杆、钻柱和被构造成向钻井地层中的钻柱传输旋转的钻头，所述桅杆具有纵向轴线和相背对的第一端和第二端，所述桅杆的所述第一端被构造成用于靠近所述钻井地层进行定位，所述钻机具有第一横向轴线和相对于所述第一横向轴线垂直延伸的第二横向轴线，其中当所述桅杆定位于竖直位置上时，所述第一横向轴线和所述第二横向轴线基本上垂直于所述桅杆的所述纵向轴线，其中所述第一横向轴线将所述钻机分隔成前部和后部，其中所述第二横向轴线从所述钻机的所述前部延伸至所述钻机的所述后部，所述钢缆系统包括：钢缆组件，所述钢缆组件在相对于所述桅杆的所述纵向轴线的第一轴向位置操作性地固定于所述桅杆，所述第一轴向位置靠近所述钻机的所述桅杆的所述第一端，其中所述钢缆组件包括被构造成用于与钻井缆绳接合的转筒；以及辊组件，所述辊组件在相对于所述桅杆的所述纵向轴线的第二轴向位置操作性地固定于所述桅杆，所述第二轴向位置相对于所述桅杆的所述纵向轴线定位于所述第一轴向位置和所述桅杆的所述第二端之间，其中所述辊组件被构造成用于与所述钻井缆绳接合，其中所述钢缆组件和所述辊组件定位于所述钻机的前部中，并且其中所述钢缆组件的至少一部分和所述辊组件的至少一部分相对于所述第二横向轴线与所述桅杆轴向隔开。2.根据权利要求1所述的钢缆系统，其中当所述钻头相对于所述桅杆的所述纵向轴线定位于顶部位置时，所述辊组件相对于所述桅杆的所述纵向轴线定位于所述钢缆组件和所述钻头之间。3.根据权利要求1所述的钢缆系统，其中所述钢缆组件的至少一部分和所述辊组件的至少一部分相对于所述第一横向轴线与所述桅杆和所述钻头轴向隔开。4.根据权利要求3所述的钢缆系统，其中所述钢缆组件和所述辊组件沿着相对于所述桅杆的所述纵向轴线以选定角度延伸的轴线基本上轴向对准。5.根据权利要求4所述的钢缆系统，其中所述选定角度为选定的锐角。6.根据权利要求4所述的钢缆系统，其中所述钢缆组件和所述辊组件沿着基本上平行于所述桅杆的所述纵向轴线延伸的轴线基本上轴向对准。7.根据权利要求1所述的钢缆系统，其中在所述钻机操作过程中，相对于所述桅杆的所述纵向轴线的所述钢缆组件和所述辊组件之间的轴向距离基本上保持不变。8.根据权利要求1所述的钢缆系统，其中所述钢缆组件包括基座部分和相对的第一支撑托架和第二支撑托架，并且其中所述转筒定位于所述第一支撑托架和所述第二支撑托架之间。9.根据权利要求8所述的钢缆系统，其中所述转筒具有旋转轴线，并且限定了相对于所述旋转轴线轴向延伸的内部腔室，其中所述钢缆系统还包括液压电机，所述液压电机至少部分地定位于所述转筒的所述内部腔室中并且操作性地联接至所述转筒，并且其中在激活所述液压电机时，所述转筒被构造成相对于所述第一支撑托架和所述第二支撑托架围绕所述旋转轴线旋转。10.根据权利要求9所述的钢缆系统，还包括卷带装置，所述卷带装置被构造成从所述转筒接收所述钻井缆绳并且将所述钻井缆绳导向至所述辊组件。11.根据权利要求10所述的钢缆系统，其中所述卷带装置包括固定于所述第一支撑托架和所述第二支撑托架上的安装托架，并且其中所述安装托架以及所述第一支撑托架和所述第二支撑托架限定了与所述转筒的所述内部腔室连通的相应开口。12.根据权利要求11所述的钢缆系统，其中所述卷带装置以及所述第一支撑托架和所述第二支撑托架被构造成用于相对于所述转筒进行选择性旋转。13.根据权利要求12所述的钢缆系统，其中所述钢缆组件还包括定位于所述转筒中的连接外壳，其中所述连接外壳操作性地联接至所述第一支撑托架，支撑外壳限定了在所述连接外壳内周向延伸并且被构造成将所述液压电机支撑于操作位置上的突出部。14.根据权利要求13所述的钢缆系统，其中所转筒包括轴和中心毂，其中所述钢缆组件还包括支撑法兰，所述中心毂相对于所述旋转轴线定位于所述第一支撑托架和所述第二支撑托架之间，所述中心毂操作性地联接至所述支撑外壳的所述突出部并且被构造成用于与所述液压电机操作性地接合，其中所述第二支撑托架被构造成支撑所述支撑法兰，所述支撑法兰限定了被构造成容纳所述转筒的所述轴的中央开口，所述支撑法兰被构造成以相对于所述旋转轴线与所述中心毂基本上轴向对准的方式支撑所述转筒的所述轴。15.根据权利要求14所述的钢缆系统，其中在所述转筒的所述中心毂和所述液压电机之间发生操作性接合时，所述转筒的所述中心毂被构造成接收来自所述液压电机的旋转力，并且将所述旋转力传输给所述转筒。16.根据权利要求15所述的钢缆系统，其中所述中心毂和所述液压电机能选择性地被置换。17.根据权利要求14所述的钢缆系统，其中所述钢缆组件还包括由所述支撑法兰支撑的轴承。18.根据权利要求14所述的钢缆系统，其中所述钢缆组件还包括操作性地联接至所述转筒的所述轴和所述卷带装置的传动带，并且其中所述传动带被构造成随着所述转筒的所述轴相对于所述旋转轴线旋转而将旋转运动传输至卷轴。19.根据权利要求18所述的钢缆系统，其中所述传动带包括多个互连皮带齿轮。20.根据权利要求19所述的钢缆系统，其中所述卷带装置具有可调节卷带外形，并且其中所述卷带外形能通过改变至少一对互连皮带齿轮之间的齿轮比而选择性地被调节。21.根据权利要求1所述的钢缆系统，其中所述辊组件包括支撑臂和枢转接头，所述枢转接头操作性地联接至所述支撑臂并且被构造成用于相对于所述支撑臂而选择性地枢转移动，并且其中所述支撑臂在所述第二轴向位置处操作性地固定于所述桅杆。22.根据权利要求21所述的钢缆系统，其中所述辊组件包括相对的第一槽轮和第二槽轮以及操作性地固定于所述枢转接头的托架，所述第一槽轮和所述第二槽轮各自限定相应的周向凹槽，并且被构造成用于围绕相应的旋转轴线旋转，其中每个槽轮的所述周向凹槽被构造成容纳所述钢缆缆绳，并且其中所述托架被构造成接合所述第一槽轮和所述第二槽轮，使得所述第一槽轮和所述第二槽轮的所述旋转轴线基本上彼此平行并且基本上垂直于所述桅杆的所述纵向轴线。23.根据权利要求22所述的钢缆系统，其中所述辊组件包括相对的第一引导板和第二引导板，所述第一引导板和所述第二引导板固定于所述托架上，其中所述第一引导板与所述第一槽轮隔开，并且相对于所述第一槽轮操作性地定位，以防止所述钢缆缆绳与所述第一槽轮的所述周向凹槽脱...

【专利技术属性】
技术研发人员：托尔斯滕·阿普迈耶，赫里斯托夫·克鲁塞，斯蒂芬·威列得，雷内·梅恩奈尔，
申请(专利权)人：长年TM公司，
类型：发明
国别省市：美国;US