包括管件立柱处理系统的钻机技术方案

本发明专利技术涉及一种钻机，其包括：管件立柱支撑塔架、管件立柱存储排放架、用于支撑多个管件立柱的滑动装置以及管件立柱连接装置。根据本发明专利技术，所述钻机设置有管件立柱处理系统，其适于使管件立柱在存储排放架与作业线中的位于管柱滑动装置上方的位置之间移动，并且适于在拧紧螺纹过程中将管件立柱可旋转地支撑在作业线中，以允许管件立柱与管柱连接，并在松开螺纹过程中允许管件立柱与管柱断开连接，所述管件立柱处理系统包括。所述管件立柱处理系统包括竖直轨道、下运动臂组件和上运动臂组件，下运动臂组件和上运动臂组件安装在竖直轨道上并包括夹持器。还设置有重量补偿控制系统。

Drilling machine including pipe column treatment system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括管件立柱处理系统的钻机
本专利技术涉及包括管件立柱处理系统的钻机。更具体地，本专利技术涉及一种连接管件立柱以构成用于井筒中的管柱的装置和方法。更具体地，本专利技术涉及在连接期间用于支撑和补偿管件立柱的装置和方法。
技术介绍
在油气井的建造和完井过程中，使用钻机将管柱插入和移出井筒。所述管柱通过组合管件立柱来构造，所述管件立柱是螺纹组合的管件组，例如钻管、套管。管件通常具有带有外螺纹端和箱形端的管件部段，外螺纹端设置有外螺纹线，箱形端具有内螺纹线。通过将一个管件的外螺纹端拧入另一个管件的箱形端中，可以连接或形成管件，从而连接或形成管件立柱。可替代地，可以拧开已经形成的管件，也被称为提升钻杆，以拆卸管柱。通常，要连接的管件立柱在其顶端被顶部驱动装置支撑在钻塔的作业线中。然后使管件立柱下降，直到该管件立柱的下端放落在由滑动装置支撑的管件立柱的顶端上。外螺纹端插入箱形端，同时旋转管件立柱以形成连接。可以通过使用顶部驱动装置来转动管件立柱，也可以使用绞车下降管件立柱，或者通过使用与管件处理系统结合的动力钳或管件旋拧器来下降管件立柱。现有技术公开文献WO2015/133895涉及一种排放架装置。该公开文献公开了一种具有钻塔的船，该钻塔安装在船体上并位于船井上方。钻塔与绞车相关联，绞车沿着钻塔的外部并在其外部形成作业线。作业线设计为用于进行钻井，并且包括：顶部驱动装置，其适用于旋转驱动钻柱；以及滑动装置，其适于沿着作业线支撑由其悬吊的管柱的重量。该船还配备有两个钻管旋转存储排放架，其适于以竖直定向存储多个钻管，优选地是多接头的管件立柱。钻塔支撑排放架装置，该排放架装置适于使管件在存储排放架与作业线中的位于管柱滑动装置上方的位置之间移动。所述排放架装置还适于将从存储排放架取回的管件朝向由滑动装置支撑的管柱进行竖直运动，从而允许将管件连接至悬吊的管柱。本公开提供了一种具有三个运动臂组件的排放架装置，这些运动臂组件设置在固定于钻塔的共用竖直轨道上。这三个运动臂组件包括井中心工具运动臂组件、下排放架运动臂组件和上运动臂组件。两个排放架运动臂组件在工具运动臂组件上方以一个放在另一个上的方式设置在竖直轨道上。该公开文献进一步公开了通过排放架组件来处理钻杆多接头管件，其中，每个排放架运动臂组件均承载管件夹持器构件，以将钻杆多接头管件支撑在井中心上方的作业线中，同时井中心工具运动臂组件承载有铁钻工装置，在井中心工具运动臂组件上还具有旋拧器，从而将管件连接到由钻柱滑动装置支撑的钻柱上。当外螺纹端穿入箱形端时，或者当施加扭矩以克服放置在螺纹上的第二个管件的重量时，使螺纹不损坏是至关重要的。在现有技术中，通常在整个组装操作过程中，使管件立柱的全部重量抵靠在管柱上的相应螺纹上。在拧紧操作期间，通常更常见的是，以对应于旋转速度乘以螺纹的螺距的速率来控制保持管件的机器与管柱之间的相对位移率。机械化处理管件会增加该问题，其中与早期实践相比，待组装的管件以相对刚性的方式抵靠管柱进行定位。螺纹上的较大轴向力(进而是较大的摩擦)进一步需要更大的扭矩，以便组装或拆卸带螺纹的管件。为了促进管件连接，已经使用补偿器来防止损坏螺纹。在形成连接的过程中，补偿器支撑正在下降的管件的重量，以在所述形成期间将从外螺纹端传递到箱形端的轴向载荷最小化。例如，现有技术公开文献US2014/0283653公开了一种动力钳，该动力钳包括固定的备用钳口和旋转器。备用钳口部段适于保持管件的带螺纹的渐缩外止口或销。旋转器部段适于保持管件的带螺纹的渐缩内止口或盒形端。旋转所述旋转器，从而使外螺纹端相对于保持在固定备用钳口部段中的箱形端旋转，以形成或拆除管件之间的螺纹结合。所公开的动力钳设有螺纹补偿器活塞，以选择性地调节旋转器部段与备用钳口部段之间的竖直间隔。因此，可以通过将杆撤回到螺纹补偿器活塞中来将旋转器和备用钳口朝向彼此拉动，或者可替代地，通过使杆从缸体伸出而使旋转器和备用钳口彼此分开。此动作用于在管件拧入或拧出时补偿管件的轴向螺纹推进，并避免对管件螺纹施加过多的轴向力。由螺纹补偿器施加的向上的合力是通过液压控制的，其大约等于上部管件的重量。这样就减少了管件螺纹的磨损，这是因为在拧紧螺纹或松开螺纹(spinninginorout)时，这些螺纹“未负重”。因此，利用现有技术的动力钳，旋转器部段在管件拧紧螺纹或松开螺纹时支撑管件的重量。本专利技术的目的是补救或减少现有技术的至少一个缺点。本专利技术的另一个目的是提供一种改进的管件立柱处理系统，以用于促进管件立柱与管柱的连接或断开连接。
技术实现思路
根据本专利技术，该目的通过以下描述和所附权利要求书中特定的特征来实现，特别是通过提供一种根据权利要求1所述的钻机来实现。根据本专利技术的钻机包括：-管件立柱支撑塔架，例如钻塔或多用途塔架，管件立柱支撑塔架限定作业线；-管件立柱存储排放架，例如转盘，其适于在其中以竖直定向存储管件立柱，例如组合的钻管组，-管柱滑动装置，该滑动装置适于支撑从其悬吊在作业线中的管柱的重量，例如多个管件立柱组成的管柱，-管件立柱连接装置，例如动力钳和/或管件旋拧器，其适于在下钻期间将管件立柱的下部外螺纹端连接至由滑动装置支撑在作业线中的管柱的上部箱形端以延伸管柱，和/或在起出钻期间使管件立柱的下部外螺纹端与管柱的上部箱形端断开连接以缩短管柱；-管件立柱处理系统，其适于使管件立柱在存储排放架与作业线中的位于管柱滑动装置上方的位置之间移动，并且适于在拧紧螺纹期间将管件立柱可旋转地支撑在作业线中，以允许管件立柱与管柱连接，并且在松开螺纹期间允许管件立柱与管柱断开连接，管件立柱处理系统包括：-竖直轨道，其沿作业线的至少一部分安装至管件立柱支撑塔架；-下运动臂组件和上运动臂组件，它们安装在所述竖直轨道上，以分别在管件立柱的下部区域和上部区域接合管件立柱，其中，每个运动臂组件包括：-可移动基座，该可移动基座由竖直轨道支撑，并通过包括电动机的竖直驱动装置沿着所述竖直轨道竖直地移动，该竖直驱动装置位于所述可移动基座上；-运动臂，该运动臂连接至所述可移动基座，所述运动臂优选地能够枢转地连接至可移动基座以绕竖直轴线枢转；以及-管件夹持器构件，该夹持器构件连接至所述运动臂，所述夹持器构件包括：-夹持器，其用于与管件立柱的管件部段接合，该夹持器被可移动地支撑以相对于可移动基座沿基本平行于作业线的补偿方向移动，并且所述夹持器设置有辊子以使夹持器能够沿该管件立柱的纵向轴线支撑管件立柱的管件部段，同时允许该管件部段绕该纵向轴线旋转；以及-一个或多个补偿器活塞，其用于使夹持器相对于可移动基座沿补偿方向移动，其中，所述一个或多个补偿器活塞构造成支撑夹持器的重量并且支撑由夹持器接合的管件立柱的重量的至少一部分，-重量补偿控制系统，该控制系统控制下运动臂组件和上运动臂组件的补偿器活塞，并且该控制系统适于在管件立柱放落在管柱上时通过向下移动运动臂组件和/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻机，该钻机包括：/n-管件立柱支撑塔架，例如钻塔或多用途塔架，所述管件立柱支撑塔架限定作业线；/n-管件立柱存储排放架，例如转盘，其适于在其中以竖直定向存储管件立柱，例如组合的钻管组，/n-管柱滑动装置，该滑动装置适于支撑从其悬吊在作业线中的管柱的重量，例如多个管件立柱组成的管柱，/n-管件立柱连接装置，例如动力钳和/或管件旋拧器，其适于在下钻期间将管件立柱的下部外螺纹端连接至由滑动装置支撑在作业线中的管柱的上部箱形端，从而延伸所述管柱，和/或在起出钻期间使管件立柱的下部外螺纹端与管柱的上部箱形端断开连接以缩短管柱；/n-管件立柱处理系统，其适于使管件立柱在存储排放架与作业线中的位于所述管柱滑动装置上方的位置之间移动，并适于能够旋转地支撑位于作业线中的所述管件立柱，从而允许在拧紧螺纹过程中管件立柱与管柱连接，并且在松开螺纹过程中允许管件立柱与管柱断开连接，管件立柱处理系统包括：/n-竖直轨道，其至少沿作业线的一部分安装至管件立柱支撑塔架；/n-下运动臂组件和上运动臂组件，它们安装在所述竖直轨道上，以分别在管件立柱的下部区域和上部区域与管件立柱接合，其中，每个运动臂组件包括：/n-可移动基座，该可移动基座由所述竖直轨道支撑，并通过包括电动机的竖直驱动装置沿着所述竖直轨道竖直地移动，该竖直驱动装置位于所述可移动基座上；/n-运动臂，该运动臂连接至所述可移动基座，所述运动臂优选地能够枢转地连接至可移动基座以绕竖直轴线枢转；以及/n-管件夹持器构件，该夹持器构件连接至所述运动臂；/n其特征在于，/n所述夹持器构件包括：/n-夹持器，其用于与管件立柱的管件部段接合，该夹持器能够被移动地支撑以相对于可移动基座沿基本平行于作业线的补偿方向移动，并且所述夹持器设置有辊子以使夹持器能够沿该管件立柱的纵向轴线支撑管件立柱的管件部段，同时允许该管件部段绕该纵向轴线进行旋拧；以及/n-一个或多个补偿器活塞，其用于使夹持器相对于可移动基座沿补偿方向移动，其中，所述一个或多个补偿器活塞构造成支撑夹持器的重量并且支撑由夹持器接合的管件立柱的重量的至少一部分，/n-重量补偿控制系统，该控制系统控制下运动臂组件和上运动臂组件的补偿器活塞，并且该控制系统适于在管件立柱放落在管柱上时通过向下移动运动臂组件和/或支撑管件立柱的夹持器，从而增加补偿器活塞中的压力，以防止将管件立柱的全部重量转移到管柱上。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170428 NL 20188111.一种钻机，该钻机包括：
-管件立柱支撑塔架，例如钻塔或多用途塔架，所述管件立柱支撑塔架限定作业线；
-管件立柱存储排放架，例如转盘，其适于在其中以竖直定向存储管件立柱，例如组合的钻管组，
-管柱滑动装置，该滑动装置适于支撑从其悬吊在作业线中的管柱的重量，例如多个管件立柱组成的管柱，
-管件立柱连接装置，例如动力钳和/或管件旋拧器，其适于在下钻期间将管件立柱的下部外螺纹端连接至由滑动装置支撑在作业线中的管柱的上部箱形端，从而延伸所述管柱，和/或在起出钻期间使管件立柱的下部外螺纹端与管柱的上部箱形端断开连接以缩短管柱；
-管件立柱处理系统，其适于使管件立柱在存储排放架与作业线中的位于所述管柱滑动装置上方的位置之间移动，并适于能够旋转地支撑位于作业线中的所述管件立柱，从而允许在拧紧螺纹过程中管件立柱与管柱连接，并且在松开螺纹过程中允许管件立柱与管柱断开连接，管件立柱处理系统包括：
-竖直轨道，其至少沿作业线的一部分安装至管件立柱支撑塔架；
-下运动臂组件和上运动臂组件，它们安装在所述竖直轨道上，以分别在管件立柱的下部区域和上部区域与管件立柱接合，其中，每个运动臂组件包括：
-可移动基座，该可移动基座由所述竖直轨道支撑，并通过包括电动机的竖直驱动装置沿着所述竖直轨道竖直地移动，该竖直驱动装置位于所述可移动基座上；
-运动臂，该运动臂连接至所述可移动基座，所述运动臂优选地能够枢转地连接至可移动基座以绕竖直轴线枢转；以及
-管件夹持器构件，该夹持器构件连接至所述运动臂；
其特征在于，
所述夹持器构件包括：
-夹持器，其用于与管件立柱的管件部段接合，该夹持器能够被移动地支撑以相对于可移动基座沿基本平行于作业线的补偿方向移动，并且所述夹持器设置有辊子以使夹持器能够沿该管件立柱的纵向轴线支撑管件立柱的管件部段，同时允许该管件部段绕该纵向轴线进行旋拧；以及
-一个或多个补偿器活塞，其用于使夹持器相对于可移动基座沿补偿方向移动，其中，所述一个或多个补偿器活塞构造成支撑夹持器的重量并且支撑由夹持器接合的管件立柱的重量的至少一部分，
-重量补偿控制系统，该控制系统控制下运动臂组件和上运动臂组件的补偿器活塞，并且该控制系统适于在管件立柱放落在管柱上时通过向下移动运动臂组件和/或支撑管件立柱的夹持器，从而增加补偿器活塞中的压力，以防止将管件立柱的全部重量转移到管柱上。


2.根据权利要求1所述的钻机，其中，所述重量补偿控制系统适于控制所述补偿器活塞中的压力，使得通过增加所述压力，使所述夹持器相对于所述运动臂的可移动基座向上移动，从而仅使管件立柱的一部分重量转移到管柱上。


3.根据权利要求1或2所述的钻机，其中，所述夹持器由所述补偿器活塞支撑，并且所述补偿器活塞构造成使所述夹持器沿重量支撑轨迹移动，所述重量支撑轨迹平行于作业线和活塞的作用线延伸，所述活塞的作用线即活塞的中心轴线。


4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的钻机，其中，所述重量补偿控制系统适于通过使运动臂组件沿竖直轨道在向下的方向上移动，从而允许管件立柱放落在管柱上，并且所述重量补偿控制系统适于当管件立柱接触管柱时致动补偿器活塞，使得不会将管件立柱的全部重量都转移到管柱上，并在管件立柱接触管柱并且运动臂进一步向下移动时，保持所转移到管柱上的立柱重量基本恒定。


5.根据权利要求4所述的钻机，其中，所述重量补偿控制系统适于当管件立柱接触管柱并且夹持器相对于运动臂处于预定的旋拧高度处时，停止运动臂向下移动，特别是停止运动臂的可移动基座向下移动。


6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的钻机，其中，所述重量补偿控制系统适于通过下降所述运动臂来将所述管件立柱的外螺纹端定位在所述管柱的箱形端附近，从而通过相对于运动臂使所述夹持器下降而将所述管件立柱放落在管柱上，并在达到预定的立柱重量支撑压力时停止下降压力，以防止将管件立柱的全部重量转移到管柱上。


7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的钻机，其中，所述重量补偿控制系统构造成在拧紧螺纹期间减小所述补偿器活塞中的压力以将所述管件立柱的外螺纹端下降到所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·鲁登伯格，P·D·M·范杜文迪雅克，
申请(专利权)人：伊特里克公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL