高效钻探及起钻系统技术方案

用于地下钻探的设备允许在使钻柱连续地移动的同时联接以及分离钻柱部段。可以在保持较低的钻柱速度的同时减小起钻时间。在一个实施方式中，联接单元能够操作成接通或断开设置成围绕闭合路径循环的钻柱部段之间的联接。联接单元的每个联接单元均包括升降机。钻柱部段可以在设备的背部侧转移至管道处理系统。

High efficiency drilling and drilling system

The equipment used for underground drilling allows the simultaneous movement of the drill string and the separation of the drill section. The drilling time can be reduced while the lower drill string speed is kept. In one embodiment, the connection unit can be operated to be connected or disconnected into a connection between the drill sections that circulate around a closed path. Each connection unit of the connection unit includes a lift. The drill section can be transferred to the pipe treatment system on the back side of the equipment.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高效钻探及起钻系统相关申请的交叉引用本申请要求于2015年6月10日提交的美国专利申请No.62/173580以及于2015年8月14日提交的美国专利申请No.62/205594的优先权，上述两项申请为了所有目的通过参引并入本文。为了美国的目的，本申请要求于2015年6月10日提交的美国专利申请No.62/173580以及于2015年8月14日提交的美国专利申请No.62/205594的权益。
本专利技术涉及地下钻探。示例应用是用于石油和/或天然气的钻探。本申请涉及用于处理管柱(例如钻柱部段、壳体等)的设备和方法。
技术介绍
地下钻探使用由一系列彼此端部对端部地连接的部段构成的钻柱。纵向联接以形成钻柱的部段可以被称为包括“钻柱部段”、“接头”、“管件”、“钻杆”或“钻铤”各种名称。最常见的，这些部段各自具有销端和盒端，销端和盒端具有拧在一起的互补螺纹，这些螺纹通常是API标准螺纹。在钻井时，钻柱的井下端设置有钻头。钻头钻出直径比钻柱的直径略大的钻孔，使得在钻孔中存在围绕钻柱的环面。随着钻探的进行，钻探流体被向下泵送穿过钻柱到达钻头，钻探流体在钻头处离开并且通过环面返回地面。钻探流体用于抵消井下压力并保持井筒敞开。钻探流体还将岩石和其他钻屑运送到地面。随着钻探的进行和井筒深度的增大，在钻柱的井上端添加新的钻柱段。钻柱的第一(最远的井底)部段通常由重钻铤构成，该钻铤通过其重量向钻头施加压力。钻柱的该部分通常被称为井底组件或“BHA”。在BHA上方，钻柱部段的重量可以较轻。通常使用钻机完成钻探。钻机包括用于使钻柱旋转的设备。在一些情况下，该设备包括旋转台。在其他情况下，该设备包括顶部驱动器。无论哪种情况，在钻机处，随着钻探的进行，新的部段被添加到钻柱的顶部。这是通过使用钻机上的器具完成的。添加新的部段通常包括支承钻柱、将钻柱的顶端与支承它的钻杆(kelly)或顶部驱动器分离，将新的部段联接至钻柱的顶端，将新的部段的井上端连接至钻杆或顶部驱动器，并继续钻探。通常，当新的部段被添加到钻柱中时，钻柱的重量由钻机底板上的滑动件承载。随着钻探的进行，通常需要定期地从井筒中取回钻柱。例如，如果钻头磨损，则可能需要取回钻柱以更换钻头。在某些井下器具需要被取回到地面以进行维修的情况下，也可能需要取回钻柱。将钻柱带回到地面并将钻柱放回到部分完成的井筒的过程称为“起钻”。由于井筒可能有数千英尺深，所以可能需要很长时间完成起钻。操作钻机非常昂贵。因此，起钻可能导致较高的成本。已经提出了一些系统使起钻柱更高效。这些包括US8844616和US20140124218。这些系统具有各种缺点。需要这些系统的实用替代品。存在对于提高地下钻探效率的方法的普遍需求。特别地，需要减小起钻柱所需的时间。
技术实现思路
本专利技术具有许多方面。虽然这些方面可以以各种彼此组合的方式来实践，但是这些方面中的一些方面可以单独应用。作为非限制性示例，本文描述的一些方面包括：·用于起钻柱的方法(下钻以及/或者起钻)；·用于地下钻探的方法。·用于起钻柱的设备。·用于地下钻探的设备。·用于支承钻柱或钻柱段的方法。·用于支承钻柱或钻柱段的升降机。·用于支承顶部驱动器的设备。·使用顶部驱动器的方法。·用于支承钻机中的设备的十字头。·用于在起钻柱时收集钻探流体的方法。·用于在起钻柱时收集钻探流体的设备。·用于通过链支承载荷的设备。·向移动单元供给动力的方法。·向移动单元供给动力的设备。·用于在钻探环境中将器具(例如顶部驱动器、泥罐等)输送至井的中心的设备。·用于将器具(如顶部驱动器、泥罐等)输送到井的中心的方法。一方面提供了用于起钻柱或其他管柱的方法(套管是管柱的另一个示例)。管柱可以包括联接在一起的分开的部段，或者可以是连续的管柱(例如，任意长度的端部对端部焊接的一系列钻管)。用于起管柱的方法可以包括提供支承多个升降机的循环构件，使循环构件移动以使升降机沿着闭合路径循环。在使循环构件移动的同时，升降机中的第一升降机可以在第一位置处接合管柱，并且升降机中的第二升降机可以在第二位置处接合管柱。第一位置和第二位置可选地对应于钻柱的第一钻具接头和第二钻具接头。钻柱的重量首先被支承在升降机的第一升降机上，然后被转移至升降机的第二升降机。该方法可以可选地包括额外的步骤。下面描述各种额外的步骤。本领域技术人员将理解的是，以下步骤可以以任何逻辑组合或顺序添加到用于起钻柱的方法中。在一些实施方式中，在将钻柱的重量转移到升降机中的第二升降机之后，断开包含第一钻具接头的钻柱部段与包含第二钻具接头的钻柱部段连接。断开连接可以包括用辅助夹爪夹持第二钻具接头、用旋转夹爪夹持钻柱部段、以及使旋转夹爪相对于辅助夹爪转动。断开连接可以是在使循环构件移动的同时执行的，使得升降机中的第二升降机在连接被断开时提起钻柱。在一些实施方式中，在断开连接之后，将管柱部段转移到管道处理系统。在一些实施方式中，钻柱部段可以运送到路径的背侧，并且在路径的背侧上，钻柱部段可以转移至管道处理系统。将钻柱部段转移至管道处理系统可以包括将钻柱部段的底端降低到管道处理系统的端部止动件上，并且允许升降机中的第一升降机与端部止动件的相对运动，以将第一钻具接头相对于升降机中的第一者提起。在将钻柱部段的底端降低到端部止挡件上时，端部止挡件可以沿大致向下的方向移动。在一些实施方式中，在将钻柱的重量转移至升降机中的第二升降机之前，接通包含第一钻具接头的钻柱部段与包含第二钻具接头的钻柱部段的连接。可以从循环构件的下方输送包含第二钻具接头的钻柱部段。替代性地，可以从循环构件输送包含第二钻具接头的钻柱部段。连接可以在使循环构件移动的同时执行，使得升降机中的第一升降机在接通连接时降低钻柱。在一些实施方式中，接通及断开单元与升降机中的每个升降机一起运送，并且断开连接由与升降机中的第二升降机的对应的接通及断开单元执行。在一些实施方式中，当在多个升降机中的第一升降机上支承钻柱时，顶部驱动器联接至循环构件，并且顶部驱动器的套筒联接至钻柱的井上端处的联接器。在顶部驱动器的套筒联接至钻柱的井上端的情况下，顶部驱动器操作或保持成在使循环构件移动的同时驱动钻柱以进行钻孔(如果提供井下马达以驱动钻头，则可以在不使钻柱旋转的情况下推进钻孔)。钻柱的重量转移至多个升降机中的第二升降机，顶部驱动器的套筒与钻柱分离并且顶部驱动器与循环构件分离。可选地，在钻柱支承在多个升降机中的第一升降机上时，循环构件可以操作成使钻柱在钻孔中移动。该运动可以包括钻柱的往复运动。在一些实施方式中，通过将顶部驱动器附接至升降机或十字头来将升降机连接至循环构件。在一些实施方式中，将钻柱的重量转移至升降机中的第二升降机上可以包括使升降机相对于彼此移动。升降机可以悬挂于将升降机连接至循环构件的枢转联接器上，并且将钻柱的第一钻具接头与升降机中的第一升降机接合可以包括使升降机中的第一升降机围绕其连接至循环构件的连接点枢转。在将钻柱的重量转移至升降机中的第二升降机时，钻柱可以以0至5英尺/秒(大约0至11/2米/秒)的范围内的速度纵向地移动。在一些实施方式中，在断开连接之前，钻柱可以穿过泥罐的腔。泥罐可以定位成大致围绕该连接部。不需要分裂泥罐，泥罐的腔可以由管状本体限定。溢出的钻探流体可以通过重力排放、抽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于起管柱的方法，所述方法包括：提供支承多个升降机的循环构件；使所述循环构件移动以使所述升降机沿着闭合路径循环；以及在使所述循环构件移动的同时，使所述管柱上的第一位置与所述升降机中的第一升降机接合，从而将所述管柱的重量支承在所述升降机中的所述第一升降机上，用所述升降机中的第二升降机支承所述管柱的第二位置并将所述管柱的重量传递至所述升降机中的第二升降机。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.10 US 62/173,580;2015.08.14 US 62/205,5941.一种用于起管柱的方法，所述方法包括：提供支承多个升降机的循环构件；使所述循环构件移动以使所述升降机沿着闭合路径循环；以及在使所述循环构件移动的同时，使所述管柱上的第一位置与所述升降机中的第一升降机接合，从而将所述管柱的重量支承在所述升降机中的所述第一升降机上，用所述升降机中的第二升降机支承所述管柱的第二位置并将所述管柱的重量传递至所述升降机中的第二升降机。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述管柱包括在钻具接头处联接的多个部段，所述第一位置包括第一钻具接头，并且所述第二位置包括第二钻具接头。3.根据权利要求2所述的方法，包括：在将所述管柱的重量传递至所述升降机中的所述第二升降机之后，断开包含所述第一钻具接头的管柱部段与包含所述第二钻具接头的管柱部段的连接。4.根据权利要求3所述的方法，其中，断开所述连接包括用辅助夹爪夹持所述第二钻具接头、用旋转夹爪夹持所述管柱部段、以及使所述旋转夹爪相对于所述辅助夹爪转动。5.根据权利要求3和4中的任一项所述的方法，其中，断开所述连接是在使所述循环构件移动的同时执行的，使得所述升降机中的所述第二升降机在所述连接被断开的同时提起所述管柱。6.根据权利要求3至5中的任一项所述的方法，其中，接通及断开单元与所述升降机中的每个升降机一起运送，并且断开所述连接通过与所述升降机中的所述第二升降机对应的所述接通及断开单元执行。7.根据权利要求5所述的方法，包括：在断开所述连接之后，将所述管柱部段转移至管道处理系统。8.根据权利要求7所述的方法，其中，将所述管柱部段转移至所述管道处理系统包括将所述管柱部段运送至所述路径的背侧，以及在所述路径的背侧上将所述管柱部段转移至所述管道处理系统。9.根据权利要求7和8中的任一项所述的方法，其中，将所述管柱部段转移至所述管道处理系统包括将所述管柱部段的底端降低到所述管道处理系统的端部止挡件上，并允许所述升降机中的所述第一升降机与所述端部止挡件的相对运动，以将所述第一钻具接头相对于所述升降机中的所述第一升降机提起。10.根据权利要求9所述的方法，包括：在将所述管柱部段的底端降低到所述端部止挡件上时，使所述端部止挡件沿大致向下的方向移动。11.根据权利要求2所述的方法，包括：在将所述管柱的重量转移至所述升降机中的所述第二升降机之前，将包含所述第一钻具接头的管柱部段与包含所述第二钻具接头的管柱部段连接。12.根据权利要求11所述的方法，其中，包含所述第二钻具接头的所述管柱部段从所述循环构件的下方输送。13.根据权利要求11所述的方法，其中，包含所述第二钻具接头的所述管柱部段从所述循环构件的背部侧输送。14.根据权利要求11至13中的任一项所述的方法，其中，接通所述连接是在使所述循环构件移动的同时执行的，使得所述升降机中的所述第一升降机在所述连接接通时降低所述管柱。15.根据权利要求11和12中的任一项所述的方法，其中，接通及断开单元与所述升降机中的每个升降机一起运送，并且接通所述连接通过与所述升降机中的所述第二升降机的对应的所述接通及断开单元执行。16.根据权利要求2至9中的任一项所述的方法，包括：在将所述管柱支承在所述多个升降机中的所述第一升降机上时：将顶部驱动器连接至所述循环构件并且将所述顶部驱动器的套筒连接至所述管柱的井上端处的联接器；在所述顶部驱动器的所述套筒联接至所述管柱的所述井上端的情况下，将所述顶部驱动器操作成驱动或保持所述管柱，以在使所述循环构件移动的同时进行钻孔；将所述管柱的重量转移至所述多个升降机中的所述第二升降机；使所述顶部驱动器的所述套筒与所述管柱断开连接；以及使所述顶部驱动器与所述循环构件断开连接。17.根据权利要求16所述的方法，其中，将所述顶部驱动器连接至所述循环构件包括将所述顶部驱动器连接至下述结构：所述结构将所述升降机中的一个升降机联接至所述循环构件。18.根据权利要求16和17中的任一项所述的方法，包括：在将所述管柱支承在所述多个升降机中的所述第一升降机时，操作所述循环构件以使所述管柱在所述钻孔中移动。19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述运动包括往复运动。20.根据权利要求2至19中的任一项所述的方法，其中，将所述管柱的重量转移到所述升降机中的所述第二升降机上包括使所述升降机相对于彼此移动。21.根据权利要求2至20中的任一项所述的方法，其中，所述升降机悬挂于枢转联接器，所述枢转联接器将所述升降机连接至所述循环构件，并且所述方法包括：在所述循环构件围绕所述路径运送所述升降机时允许所述枢转联接器枢转。22.根据权利要求2至21中的任一项所述的方法，包括：在将所述管柱的重量转移到所述升降机中的所述第二升降机时，使所述管柱以0至5英尺/秒的范围内的速度沿任一方向纵向移动。23.根据权利要求3至9中的任一项所述的方法，包括：在断开所述连接之前：使所述管柱穿过泥罐的腔；将所述泥罐定位成大致围绕所述连接，使由于断开所述连接而释放的钻探流体从所述泥罐的所述腔排放；以及在断开所述连接之后，使所述泥罐移动穿过所述多个升降机中的所述第二升降机，而不是将所述泥罐从所述管柱移除。24.根据权利要求23所述的方法，其中，排放钻探流体包括向所述泥罐的所述腔施加吸力。25.根据权利要求23或24所述的方法，包括：在排放所述腔之前，使围绕第一管柱部段的外周的第一密封件膨胀。26.根据权利要求23至25中的任一项所述的方法，包括：使围绕第二管柱部段的外周的第二密封件膨胀。27.根据权利要求23和24中的任一项所述的方法，其中，所述泥罐包括能够围绕所述第一管柱部段的外周密封的一个或更多个密封件。28.根据权利要求23、24和26中的任一项所述的方法，其中，所述泥罐包括能够围绕所述第二管柱部段的外周密封的一个或更多个密封件。29.根据权利要求23至28中的任一项所述的方法，包括：通过使所述升降机中的所述第二升降机倾斜来使所述泥罐移动穿过所述多个升降机中的所述第二升降机。30.根据权利要求23至28中的任一项所述的方法，包括：通过使所述泥罐穿过所述多个升降机中的所述第二升降机中的开口来使所述泥罐移动经过所述多个升降机中的所述第二升降机。31.根据权利要求1至30中的任一项所述的方法，其中，所述循环构件包括被支承成用于在塔架上循环的一对平行链环。32.根据权利要求29所述的方法，其中，使所述循环构件移动致使所述升降机沿着所述闭合路径循环包括用驱动链轮驱动所述一对平行链环中的每个链环。33.一种钻探设备，包括：塔架；一对平行链环，所述一对平行链环被支承以在所述塔架上循环；驱动器，所述驱动器连接成使所述链环循环；多个十字头，所述多个十字头在沿着所述链环的间隔开的位置处枢转地连接在所述链环之间，所述十字头中的每个十字头支承用于管柱的升降机；以及一个或更多个致动器，所述一个或更多个致动器联接以调节每个升降机相对于所述链环的高度。34.根据权利要求33所述的钻探设备，其中，所述链环由所述链环所遵循的路径的顶端处的一对顶部链轮支承，并且其中，所述塔架构造成在所述顶部链轮之间提供开口，所述开口从所述顶部链轮的顶部上方的位置竖向延伸了下述距离：所述距离足以使由所述十字头中的一个十字头的所述升降机悬挂的管柱部段在所述十字头与所述链环的附接点越过所述顶部链轮时穿过。35.根据权利要求34所述的钻探设备，其中，所述开口从所述顶部链轮的顶部边缘竖向向下延伸了至少10米的距离。36.根据权利要求1所述的钻探设备，其中，所述十字头中的每个十字头包括分别联接至第一链环和第二链环的第一枢转联接器和第二枢转联接器以及悬挂于所述第一枢转联接器和所述第二枢转联接器的平台，所述平台具有开口，所述开口从所述平台的边缘延伸至所述联接器的枢转轴线的正下方的位置。37.根据权利要求36所述的钻探设备，其中，所述平台通过对应的可延伸梁悬挂于所述枢转联接器中的每个枢转联接器。38.根据权利要求37所述的钻探设备，其中，所述可延伸梁是伸缩式的。39.根据权利要求36所述的钻探设备，其中，所述平台通过所述一个或更多个致动器中的一者悬挂于所述枢转联接器中的每个枢转联接器。40.根据权利要求36所述的钻探设备，其中，所述平台通过线性轨道联接至所述枢转联接器，所述线性轨道附接至所述平台并且以可滑动的方式联接至所述枢转联接器。41.根据权利要求36所述的钻探设备，其中，所述平台的每个侧部通过一对间隔开的线性轨道联接至所述枢转联接器中的对应的一者。42.根据权利要求41所述的钻探设备，其中，所述一个或更多个致动器中的一者位于成对的线性导轨中的每对线性导轨中的线性导轨之间。43.根据权利要求42所述的钻探设备，其中，所述致动器作用在联接所述成对线性导轨中的每对线性导轨中的线性导轨的桥接部上，以选择性地使所述平台朝向所述联接器的所述枢转轴线升高或使所述平台降低远离所述联接器的所述枢转轴线。44.根据权利要求40至43中的任一项所述的钻探设备，其中，所述线性轨道延伸穿过附接至所述枢转联接器的导向管，并且所述导向管包括间隔开的衬套或轴承。45.根据权利要求33至44中的任一项所述的钻探设备，其中，所述链环中的每个链环包括由横向延伸的销联接的相对纵向延伸的板，并且所述枢转联接器各自包括所述销中的一个销，所述一个销是具有纵向延伸穿过所述销的孔的中空销。46.根据权利要求45所述的钻探设备，其中，用于支承所述升降机的突出部在所述孔中通过枢转联接器枢转地联接至所述销中的所述一个销。47.根据权利要求46所述的钻探设备，其中，所述枢转联接器包括位于所述板之间的所述孔中的球轴承，并且所述突出部通过所述球轴承联接至所述销。48.根据权利要求45至47中的任一项所述的钻探设备，其中，所述横向延伸的销包括滚子...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾伦·斯图尔特·理查德森，彼得·埃内斯特·詹姆斯·鲁特，
申请(专利权)人：勇士钻机技术有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA