模块化顶部驱动系统技术方案

一种用于构造井眼的模块化顶部驱动系统，该模块化顶部驱动系统包括马达单元。马达单元包括：驱动本体；驱动马达，该驱动马达具有连接至驱动本体的定子；承载件，该承载件用于将驱动本体连接至钻机的轨道；以及驱动环，该驱动环扭转地连接至驱动马达的转子，并且驱动环具有用于选择性地将钻井单元、套管单元和封固单元中的一者连接至马达单元的闩锁部。

Modular top drive system

A modular top drive system for constructing a wellbore, the modular top drive system comprising a motor unit. The motor unit comprises a driving body; a drive motor, the drive motor is connected to the stator driving body; bearing, the bearing component is used to drive body connected to the drilling track; and driving the driving ring, ring torsion connected to the drive motor rotor, and the drive ring has for selectively drilling unit the casing unit and a sealing unit of a motor unit is connected to a latch part.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】模块化顶部驱动系统
本公开总体上涉及模块化顶部驱动系统。
技术介绍
通过利用钻井来形成井眼以到达含烃地层(例如，原油和/或天然气)或进行地热发电。通过利用安装在钻柱的端部上的钻头来实现钻井。为了在井眼内钻井至预定深度，钻柱通常通过地表钻机上的顶部驱动器来旋转。在钻井至预定深度之后，钻柱和钻头被移除，并且套管的一部分被下放到井眼中。因此，在套管的管柱与地层之间形成环形空间。套管柱从井口悬置。然后进行利用水泥填充环形空间的封固操作。套管柱通过使水泥流通到限定在套管的外壁与钻井之间的环形空间中而被封固到井眼中。水泥与套管的结合加强了井眼并有利于隔离地层的位于套管后面的某些区域以用于烃的开采。顶部驱动器配备有用于使钻柱旋转的马达。顶部驱动器的套管轴通常是带螺纹的以连接至钻管的上端部，进而向钻柱传递扭矩。顶部驱动器还可以具有便于钻井的各种附件。为了适应较大的套管柱，将钻井附件从顶部驱动器移除，并向顶部驱动器添加夹持头。夹持头具有用于连接至套管轴的带螺纹的转接器以及用于接合套管柱的上端部的夹持器。顶部驱动器在钻井模式与套管模式之间的这种转换是耗时且危险的，需要钻机人员在高处工作。套管轴与夹持头之间的螺纹连接也不适当地限制了顶部驱动器在套管模式下的负载能力。
技术实现思路
本公开总体上涉及一种模块化顶部驱动系统。一个实施方式提供了一种顶部驱动器，该顶部驱动器包括：驱动本体；驱动马达，其中，驱动马达的定子连接至驱动本体；以及驱动环，该驱动环与驱动马达的转子扭转地联接，其中，驱动环具有用于选择性地接纳工具的内部闩锁部。另一实施方式提供了一种模块化顶部驱动系统，该模块化顶部驱动系统包括马达单元、搁架和单元处理机。马达单元包括：驱动本体；驱动马达，其中，驱动马达的定子连接至驱动本体；以及驱动环，该驱动环扭转地联接至驱动马达的转子，其中，驱动环具有用于选择性地接纳工具的内部闩锁部。搁架包括用于接纳工具的停驻位。单元处理机从搁架取出工具并将工具递送至驱动单元。另一实施方式提供了一种操作模块化顶部驱动系统的方法。该方法包括：将工具的闩锁部与形成在马达单元的驱动环上的内部闩锁部对准；将工具插入到马达单元中；以及接合闩锁部以将工具连接至马达单元。在一个实施方式中，用于构造井眼的模块化顶部驱动系统包括马达单元。马达单元包括：驱动本体；驱动马达，该驱动马达具有连接至驱动本体的定子；承载件，该承载件用于将驱动本体连接至钻机的轨道；以及驱动环，该驱动环扭转地连接至驱动马达的转子，并且驱动环具有用于选择性地将钻井单元、套管单元和封固单元中的一者连接至马达单元的闩锁部。在另一实施方式中，操作模块化顶部驱动系统的方法包括：从单元搁架取出钻井单元；使所取出的钻井单元升高至钻机平台或钻机平台上方；将取出的钻井单元递送至连接至钻机的轨道的马达单元；将马达单元的闩锁部与钻井单元的闩锁部对准；将钻井单元插入到马达单元中；以及接合闩锁部，从而将钻井单元连接至马达单元。附图说明因此，可以参照实施方式获得本公开的上述特征可以被详细了解的方式和对上文简单概括的本公开的更具体的描述，其中，一些实施方式在附图中示出。然而，注意的是，附图仅示出了本公开的典型的实施方式，并且因此不应将其视为限制本公开的范围，因为本公开可允许其他同等有效的实施方式。图1A示出了根据本公开的一个实施方式的模块化顶部驱动系统。图1B示出了模块化顶部驱动器的单元搁架。图2A示出了模块化顶部驱动系统的马达单元。图2B示出了模块化顶部驱动系统的钻井单元。图2C示出了模块化顶部驱动系统的套管单元。图2D示出了模块化顶部驱动系统的封固单元。图3是处于钻井模式下的模块化顶部驱动系统的控制图。图4A至图4M示出了模块化顶部驱动系统从备用模式到钻井模式的改变。图5A至图5H示出了在钻井模式下使用模块化顶部驱动系统的钻柱的延伸。图5I示出了使用所延伸的钻柱和模块化顶部驱动系统进行钻井。图6A示出了模块化顶部驱动系统从钻井模式到套管模式的改变。图6B至图6F示出了在套管模式下使用模块化顶部驱动系统的套管柱的延伸。图6G示出了使用模块化顶部驱动系统将所延伸的套管柱送入到井眼中。图7示出了在封固模式下使用模块化顶部驱动系统封固套管柱。图8示出了在货物模式下的模块化顶部驱动系统。图9A和图9B示出了根据本公开的另一实施方式的替代的模块化顶部驱动系统。图10A和10B示出了根据本公开的另一实施方式的用于模块化顶部驱动系统的替代的单元搁架。图10C示出了根据本公开的另一实施方式的用于模块化顶部驱动系统的第二替代单元搁架。图11A至图11C示出了根据本公开的另一实施方式的用于模块化顶部驱动系统的替代单元处理机。图12示出了根据本公开的另一实施方式的用于模块化顶部驱动系统的扭转子附件。图13A和13B示意性地示出了根据本公开的一个实施方式的具有可动闩锁部的顶部驱动单元。具体实施方式图1A示出了根据本公开的一个实施方式的模块化顶部驱动系统1。模块化顶部驱动系统1可以包括线性致动器1a(图4L)、套管单元1c、钻井单元1d、管道处理机1p、单元搁架1k、马达单元1m、轨道1r、封固单元1s以及单元处理机1u。单元处理机1u可以包括立柱2、滑动铰链3、臂4、保持件5，基部6和一个或更多个致动器(未示出)。模块化顶部驱动系统1可以通过将轨道1r的下端连接至钻机7的平台7f并且将轨道的上端连接至钻机的井架7d使得轨道的前部与钻机平台中的钻柱开口相邻而组装为钻机7的一部分。轨道1r可以具有足以使顶部驱动系统1操纵钻管8p的具有两至四个接头的立根8s的长度。应当注意的是，轨道1r可以具有使顶部驱动系统1操纵钻管8p的更多个接头的长度。轨道的长度可以大于等于二十五米且小于等于一百米。替代性地，模块化顶部驱动系统1可以包括双轨而不是单轨1r。替代性地，轨道1r的下端可以连接至井架7d而不是平台7f。基部6可以将立柱2安装在钻机7的诸如底层底板结构例如通道(未示出)或井台上或安装成与钻机7的该结构相邻。替代性地，基部6可以是独立的结构。单元搁架1k也可以位于钻机结构上或与钻机结构相邻。立柱2可以从基部6竖向地延伸至钻机平台7f上方的高度，使得单元处理机1u可以从搁架1k取出单元1c、1d、1s中的任一者，并将所取出的单元传送至马达单元1m。臂4可以例如通过紧固方式连接至滑动铰链3。滑动铰链3可以例如通过滑动接头横向地连接至立柱2，同时沿着立柱自由地纵向移动。替代性地，滑动铰链3可以通过任何合适的结构例如通过摩擦轴承或滚子/滚珠轴承连接至立柱2。滑动铰链3也可以例如通过紧固方式枢转地连接至线性致动器(未示出)。滑动铰链3可以从线性致动器纵向地支承臂4，同时允许臂相对于立柱2枢转。单元处理机1u还可以包括用于使臂4绕滑动铰链3枢转的电动、气动或液压回转马达(未示出)。线性致动器可以具有枢转地连接至基部6的下端和枢转地连接至滑动铰链3的上端。线性致动器可以包括缸和布置在缸的孔中的活塞。活塞可以将缸孔分成升高室和下降室，并且缸可以具有穿过其壁形成的端口，并且每个端口可以与相应的室流体连通。每个端口均可以经由控制线(未示出)与液压动力单元(HPU)60(图3中的两个)的歧管60m流体连通。向升高端口供给液压流体可以使滑动铰链3和臂4向上移动到钻机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种顶部驱动器，包括：驱动本体；驱动马达，其中，所述驱动马达的定子连接至所述驱动本体；以及驱动环，所述驱动环扭转地联接至所述驱动马达的转子，其中，所述驱动环具有用于选择性地接纳工具的内部闩锁部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.26 US 62/107,5991.一种顶部驱动器，包括：驱动本体；驱动马达，其中，所述驱动马达的定子连接至所述驱动本体；以及驱动环，所述驱动环扭转地联接至所述驱动马达的转子，其中，所述驱动环具有用于选择性地接纳工具的内部闩锁部。2.根据权利要求1所述的顶部驱动器，其中，所述驱动环具有中央孔，在所述中央孔的上部部分上形成有锁定部，并且所述内部闩锁部形成在所述中央孔的下部部分上。3.根据权利要求2所述的顶部驱动器，其中，所述内部闩锁部包括卡口部。4.根据权利要求2所述的顶部驱动器，还包括螺纹补偿器，其中，所述螺纹补偿器包括：锁定环，所述锁定环扭转地连接至所述驱动环；以及线性致动器，所述线性致动器用于使所述锁定环相对于所述驱动环在预备位置与吊升位置之间移动。5.根据权利要求4所述的顶部驱动器，其中，所述螺纹补偿器还包括用于选择性地将所述锁定环连接至接纳在所述驱动环中的所述工具的锁定构件，并且所述线性致动器在所述锁定构件将所述锁定环连接至所述工具时使所述工具和所述锁定环一起移动。6.根据权利要求4所述的顶部驱动器，其中，所述锁定环包括锁定部，其中，所述驱动环的所述锁定部和所述锁定环的所述锁定部将所述工具锁定在与所述驱动环的所述内部闩锁部配合的位置处。7.根据权利要求4所述的顶部驱动器，还包括控制接合部。8.根据权利要求7所述的顶部驱动器，其中，所述控制接合部包括插入式连接器，所述插入式连接器具有形成穿过所述锁定环的多个通道或多根线缆。9.根据权利要求4所述的顶部驱动器，还包括近距传感器，所述近距传感器连接至所述驱动本体以用于监测所述锁定环的位置。10.根据权利要求1所述的顶部驱动器，还包括用于监测所述工具与所述内部闩锁部的对准的摄像机。11.根据权利要求1所述的顶部驱动器，还包括设置在所述驱动本体与所述驱动环之间的一个或更多个推力轴承。12.一种模块化顶部驱动系统，包括：马达单元，所述马达单元包括：驱动本体；驱动马达，其中，所述驱动马达的定子连接至所述驱动本体；以及驱动环，所述驱动环扭转地联接至所述驱动马达的转子，其中，所述驱动环具有用于选择性地接纳工具的内部闩锁部；搁架，所述搁架具有用于接纳所述工具的停驻位；以及单元处理机，所述单元处理机用于从所述搁架取出所述工具并将所述工具递送至驱动单元。13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述单元处理机包括：基部；立柱，所述立柱从所述基部延伸；滑动铰链，所述滑动铰链横向地连接至所述立柱；以及臂，所述臂连接至所述滑动铰链，其中，所述臂包括保持件以接合所述工具。14.根据权利要求12所述的系统，还包括一个或更多个工具，其中，所述一个或更多个工具中的每个工具均包括联接头部，所述联接头部具有用于匹配所述驱动环的所述内部闩锁部的外部闩锁部。15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述闩锁部是卡口部。16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述联接头部具有控制接合部。17.一种操作模块化顶部驱动系统的方法，包括：将工具的闩锁部与形成在马达单元的驱动环上的内部闩锁部对准；将所述工具插入到所述马达单元中；以及接合所述闩锁部以将所述工具连接至所述马达单元。18.根据权利要求17所述的方法，还包括：使锁定环降低到所述工具与所述驱动环的已接合的闩锁部之间以扭转地锁定所述闩锁部；以及将由所述锁定环承载的一个或更多个锁定构件与所述工具接合。19.根据权利要求18所述的方法，其中，使所述锁定环降低以连接所述锁定环与所述工具之间的控制接合部。20.根据权利要求18所述的方法，还包括：使已接合的所述锁定环和所述工具在吊升位置与预备位置之间移动；以及利用所述工具执行钻井操作、套管操作和封固操作中的一者。21.根据权利要求18所述的方法，还包括：使用连接至所述马达单元的线性致动器来提升附接至所述工具的工作管柱。22.一种顶部驱动器，包括：驱动本体；以及驱动环，所述驱动环扭转地联接所述驱动本体，其中，所述驱动环具有用于选择性地接纳工具的内部闩锁部。23.一种顶部驱动器，包括：驱动马达；以及驱动环，所述驱动环扭转地联接至所述驱动马达的转子，其中，所述驱动环具有用于选择性地接纳工具的内部闩锁部。24.根据权利要求1所述的顶部驱动器，其中，所述内部闩锁部是可动部。25.一种用于构造井眼的模块化顶部驱动系统，包括：马达单元，所述马达单元包括：驱动本体；驱动马达，所述驱动马达具有连接至所述驱动本体的定子；承载件，所述承载件用于将所述驱动本体连接至钻机的轨道；以及驱动环，所述驱动环扭转地连接至所述驱动马达的转子，并且所述驱动环具有用于选择性地将钻井单元、套管单元和封固单元中的一者连接至所述马达单元的闩锁部。26.根据权利要求1所述的系统，还包括单元处理机，所述单元处理机能够定位在所述钻机的结构上或者能够定位成与所述钻机的结构相邻，并且所述单元处理机能够操作成从搁架取出所述钻井单元、所述套管单元和所述封固单元中的任一者并将所取出的单元递送至所述马达单元。27.根据权利要求2所述的系统，其中，所述单元处理机包括：基部，所述基部用于将所述单元处理机安装至所述钻机的底层地板结构；立柱，所述立柱从所述基部延伸至高于所述钻机的平台的高度；滑动铰链，所述滑动铰链横向地连接至所述立柱；以及臂，所述臂连接至所述滑动铰链。28.根据权利要求3所述的系统，其中：所述臂包括前臂段、后臂段以及连接所述臂段的致动接头，并且所述单元处理机还包括保持件，所述保持件连接至所述前臂段并且能够操作成接合所述钻井单元、所述套管单元和所述封固单元中的每一者的躯干部。29.根据任一前述权利要求所述的系统，还包括所述钻井单元、所述套管单元和所述封固单元，每个单元均具有联接件，并且每个联接件均具有带有用于与所述驱动环的所述闩锁部配合的闩锁部的头部。30.根据权利要求5所述的系统，其中，所述闩锁部是卡口部。31.根据权利要求5或6所述的系统，其中，所述钻井单元、所述套管单元和所述封固单元的所述联接件各自还具有从所述头部延伸的颈部、连接至所述颈部的下端部的提升肩部以及从所述提升肩部延伸的躯干部。32.根据权利要求5至7中的任一项所述的系统，其中，所述马达单元还包括螺纹补偿器，所述螺纹补偿器包括：锁定环，所述锁定环扭转地连接至所述驱动环；线性致动器，所述线性致动器用于使所述锁定环相对于所述驱动环在预备位置与吊升位置之间移动；以及锁定销，所述锁定销用于选择性地将所述钻井单元、所述套管单元和所述封固单元中的任一者连接至所述锁定环。33.根据权利要求8所述的系统，其中：在所述吊升位置中，所述锁定环的凸缘与所述驱动环接合，所述驱动环和所述锁定环中的每一者均具有用于将已配合的闩锁部锁定在一起的锁定部，并且所述线性致动器还用于使选择性地连接的单元移动至所述预备位置。34.根据权利要求8或9所述的系统，其中，所述锁定环和每个联接头部各自均具有控制接合部的插入式连接器。35.根据权利要求8或9所述的系统，其中：所述螺纹补偿器还包括控制接合部的插入式连接器，所述螺纹补偿器的所述插入式连接器连接至所述锁定环并且具有形成穿过所述螺纹补偿器的所述插入式连接器的多个通道，每个联接头部均具有所述控制接合部的插入式连接器，所述每个联接头部的所述插入式连接器具有形成穿过所述每个联接头部的所述插入式连接器的多个通道，并且每个插入式连接器均至少部分地呈锥形。36.根据权利要求8至11中的任一项所述的系统，其中，所述马达单元还包括近距传感器，所述近距传感器连接至所述驱动本体以用于监测所述锁定环的位置。37.根据权利要求5至12中的任一项所述的系统，其中，所述马达单元还包括：环索，所述环索连接至所述驱动本体以用于接纳行驶块的钩；旋转件框架，所述旋转件框架连接至所述驱动本体；泥浆旋转件，所述泥浆旋转件包括外筒和内筒，所述外筒连接至所述旋转件框架，所述内筒具有设置在所述外筒中的上部部分以及用于将密封件插入所述联接件中的任一联接件的密封件接纳部中的托管部分；接套，所述接套连接至所述外筒以用于接纳泥浆软管；下推力轴承，所述下推力轴承用于支撑所述驱动环相对于所述驱动本体旋转。38.根据权利要求13所述的系统，其中：所述马达单元还包括控制旋转件，所述控制旋转件包括外筒和内筒，所述内筒具有连接至所述旋转件框架的头部部分以及沿着所述外筒延伸的心轴部分，并且所述泥浆旋转件的所述托管部分延伸穿过所述控制旋转件。39.根据任一前述权利要求所述的系统，其中：所述马达单元还包括辅助扳钳，并且所述辅助扳钳包括：臂；铰链，所述铰链将所述臂连接至所述驱动本体；以及夹钳，所述夹钳连接至所述臂并且能够沿着所述臂移动。40.根据权利要求5至15中的任一项所述的系统，还包括具有用于所述钻井单元、所述套管单元和所述封固单元中的每一者的停驻位的所述搁架。41.根据权利要求16所述的系统，其中：所述系统还包括单元处理机，所述单元处理机能够定位在所述钻机的结构上或者能够定位成与所述钻机的结构相邻，并且所述单元处理机能够操作成从搁架取出所述钻井单元、所述套管单元和所述封固单元中的任一者并将所取出的单元递送至所述马达单元，并且所述搁架还包括用于保持所述单元处理机的附件的侧杆。42.根据权利要求16所述的系统，其中：所述搁架包括转台、盘以及轴，并且所述盘中形成有所述停驻位。43.根据权利要求18所述的系统，其中，所述搁架还包括用于每个停驻位的门，每个门均铰接至所述盘以用于在打开位置与关闭位置之间枢转，从而将所述钻井单元、所述套管单元和所述封固单元中的一者捕获在相应的停驻位中。44.根据权利要求3至16中的任一项所述的系统，还包括：单元处理机，所述单元处理机能够定位在所述钻机的结构上或者能够定位成与所述钻机的结构相邻，并且所述单元处理机能够操作成从搁架取出所述钻井单元、所述套管单元和所述封固单元中的任一者并将所取出的单元递送至所述马达单元；以及辅助搁架，所述辅助搁架用于保持所述单元处理机的附件。45.根据权利要求16所述的系统，其中：所述搁架包括基部、梁、将所述基部连接至所述梁的两个或更多个柱以及单元升降机，所述停驻位形成在所述梁中，并且所述单元升降机包括连接至...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·赫尔姆斯，马丁·利斯，
申请(专利权)人：韦特福特科技控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US