井筒钻探顶部驱动系统及操作方法技术方案

一种用于涉及钻探管柱的井筒相关活动的顶部驱动系统。所述系统包括框架结构和顶部驱动装置，顶部驱动装置具有一个或更多个顶部驱动马达、传动装置壳体、具有中空竖直浮动套管轴的浮动套管系统。顶部驱动装置具有推力轴承壳体，推力轴承壳体布置在传动装置壳体下方且经由第一竖直框架构件和第二竖直框架构件从顶部框架构件悬挂。中空竖直外部主轴从推力轴承壳体悬挂，且中空竖直内部主轴被布置成在外部主轴内可竖直地移动。内部主轴连接到浮动套管轴且具有下部连接器末端，下部连接器末端被配置成经由螺纹连接而连接到钻探管柱，以便允许旋转扭矩从一个或更多个顶部驱动马达经由传动装置、浮动套管轴、内部主轴传递到螺纹连接的钻探管柱。接的钻探管柱。接的钻探管柱。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】井筒钻探顶部驱动系统及操作方法


[0001]本专利技术涉及用于钻探井筒的顶部驱动系统和涉及钻探管柱的其它井筒相关活动。本专利技术还涉及例如安装在海上钻探船上的具有台车和顶部驱动系统的井筒钻探设施。

技术介绍

[0002]在WO2014/182160中，公开了一种具有井筒钻探设施的海上船舶，其包括：
[0003]‑
钻探塔，
[0004]‑
钻台，其具有井中心，钻探管柱可沿着作业线穿过所述井中心，
[0005]‑
至少一个竖直台车导轨，其由钻探塔支撑，
[0006]‑
台车，所述台车沿着所述至少一个竖直台车导轨被导引，
[0007]‑
顶部驱动装置，其附接到台车，所述顶部驱动装置包括一个或更多个顶部驱动马达，例如，顶部电驱动马达，且旋转套管在所述作业线中延伸且由所述一个或更多个马达驱动以便当连接到顶部驱动器的套管时对钻探管柱赋予旋转运动，以及
[0008]‑
主起吊装置，其适于沿着所述至少一个竖直台车导轨上下移动台车及顶部驱动装置。
[0009]在WO2014/178709中，公开了一种井筒钻探设施，其中台车包括框架，所述框架具有从主起吊装置的一个或更多个绞盘驱动缆线悬挂的顶部框架构件，且具有各自在其上部末端处连接到顶部框架构件的第一竖直框架构件和第二竖直框架构件。这些第一竖直框架构件和第二竖直框架构件在彼此间隔开的位置处从顶部框架构件悬垂。顶部驱动装置经由附接到顶部驱动器的齿轮箱的提环和顶部框架构件上的钩子布置附接到框架。因而顶部驱动装置独立于第一竖直构件和第二竖直构件由框架支撑。这些第一竖直构件和第二竖直构件在其下部末端处携载横梁，所述横梁在一实施方案中经由推力轴承支撑可旋转的管状主干。所述主干适于经由在其下部末端处的带螺纹部分连接到钻探管柱的顶部末端，所述钻探管柱沿着作业线穿过到井筒中。顶部驱动装置可连接到管状主干的上部末端，使得可通过旋转钻探管柱执行钻探。钻探管柱的负载经由推力轴承和横梁传递到第一竖直框架构件和第二竖直框架构件，且进而传递到从主起吊装置悬挂的顶部框架构件。
[0010]在WO2017/065604中，公开了一种井筒钻探设施，其中沿着所述至少一个竖直台车导轨导引台车，且其中主起吊装置适于沿着所述至少一个竖直台车导轨相对于钻探塔提升和降低所述台车，例如，所述主起吊装置包括所述台车从其悬挂的一个或更多个绞盘驱动缆线。顶部驱动装置附接到台车，且包括一个或更多个顶部驱动马达和用以驱动顶部驱动装置的套管的传动装置。所述台车包括框架，所述框架具有：
[0011]‑
顶部框架构件，其从所述主起吊装置悬挂，
[0012]‑
第一竖直框架构件和第二竖直框架构件，其各自在其上部末端处连接到所述顶部框架构件，所述第一竖直框架构件和第二竖直框架构件彼此间隔开从所述顶部框架构件悬垂且适于支撑沿着所述作业线穿过到井筒中的钻探管柱的负载。在此，顶部驱动装置独立于第一竖直框架构件和第二竖直框架构件附接到台车的框架。竖直框架构件的下部末端
连接到支撑可旋转头部夹持组件的可旋转头部夹持组件载架。此组件具备中心开口的旋转主体，具有穿过其中的竖直通道，所述竖直通道允许从作业线中的钻探管的顶部末端上方降低头部夹持组件。头部夹持组件具备保持器组件，例如，工具接头保持器组件，其实施成轴向保持钻探管的顶部末端，例如在所述钻探管的顶部处的工具接头或箱构件，而管的顶部末端保持对于顶部驱动装置的套管是可接达的。可旋转头部夹持组件具备推力轴承，其适于在钻探过程期间当顶部驱动装置的套管例如通过螺纹连接而连接到钻柱的顶部末端时支撑钻探管柱的负载。包含顶部驱动马达、传动装置和套管的顶部驱动装置可通过设置于框架与顶部驱动装置之间的一个或更多个竖直位移致动器相对于台车的框架竖直地移位，使得顶部驱动装置通过所述一个或更多个竖直位移致动器相对于框架可竖直地移动。这允许在一方面的套管或旋转主干与另一方面的从可旋转头部夹持组件悬挂的管的工具接头或箱构件之间的螺纹连接的上扣或断开期间执行顶部驱动装置的受控降低和升高。
[0013]在现场，特别是在海上钻探现场，由于设备故障带来的停工时间被视为主要问题。尽管钻探或其它井筒相关操作涉及许多件设备的使用，但研究似乎表明顶部驱动装置是不合意的停工时间的主要促成因素中的一个。
[0014]在现场的其它开发集中于增强对设备的维护计划，包含顶部驱动器的维护计划，以防止故障发生。
[0015]尽管到目前为止为了减少停工时间作出努力，但顶部驱动装置的故障仍发生，代价是钻探设施的代价极高的停工时间。

技术实现思路

[0016]本专利技术的目的是提供一种改进的顶部驱动系统。
[0017]本专利技术旨在提出允许减少由于顶部驱动器故障带来的停工时间和/或允许增强的，例如更高效的井筒活动的措施，所述井筒活动例如将一个顶部驱动装置换成另一顶部驱动装置，钻探与起(出)钻之间的高效切换，利用套管的高效钻探等。
[0018]本专利技术提供一种根据权利要求1所述的顶部驱动系统。
[0019]本专利技术顶部驱动系统包括：
[0020]‑
框架结构，其适于支撑沿着作业线传递到井筒或进入井筒的钻探管柱的负载，
[0021]‑
顶部驱动装置，其包括：
[0022]‑
一个或更多个顶部驱动马达，其适于对钻探管柱赋予旋转扭矩，
[0023]‑
传动装置壳体，其容纳传动装置，所述一个或更多个顶部驱动马达例如各自经由相应的可操作离合器连接到所述传动装置，
[0024]‑
浮动套管系统，其包括中空竖直浮动套管轴，所述中空竖直浮动套管轴相对于所述传动装置壳体能够竖直地移动，同时与所述传动装置接合，从而允许所述浮动套管轴由所述一个或更多个顶部驱动马达驱动，所述浮动套管系统还包括一个或更多个浮动套管轴竖直位移致动器，所述一个或更多个浮动套管轴竖直位移致动器被配置成至少在与所述钻探管柱的螺纹连接的上扣和/或断开期间引起所述浮动套管轴的受控竖直运动，
[0025]‑
推力轴承壳体，其布置在所述传动装置壳体下方且从所述框架结构悬挂，所述推力轴承壳体具备被配置成支撑钻探管柱的负载的推力轴承，
[0026]‑
中空竖直外部主轴，其经由所述推力轴承从所述推力轴承壳体悬挂以便相对于
所述推力轴承壳体旋转，所述外部主轴具有在所述推力轴承壳体下方延伸的部分，
[0027]‑
中空竖直内部主轴，其被布置成在所述外部主轴内可竖直地移动，
[0028]其中所述内部主轴连接到，例如可释放地连接到所述浮动套管轴，以便连同所述浮动套管轴一起竖直地移动并且当由所述一个或更多个顶部驱动马达驱动时连同所述浮动套管轴一起旋转，
[0029]其中所述内部主轴具有下部连接器末端，所述下部连接器末端被配置成经由螺纹连接而连接到钻探管柱，以便允许旋转扭矩从所述一个或更多个顶部驱动马达经由所述传动装置、所述浮动套管轴、所述内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种顶部驱动系统，其用于钻探井筒和涉及钻探管柱的其它井筒相关活动，所述顶部驱动系统包括：
‑
框架结构，其适于支撑沿着作业线传递到井筒或进入井筒的钻探管柱的负载，
‑
顶部驱动装置，其包括：
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一个或更多个顶部驱动马达，其适于对钻探管柱赋予旋转扭矩，
‑
传动装置壳体，其容纳传动装置，所述一个或更多个顶部驱动马达例如各自经由相应的可操作离合器连接到所述传动装置，
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浮动套管系统，其包括中空竖直浮动套管轴，所述中空竖直浮动套管轴相对于所述传动装置壳体能够竖直地移动，同时与所述传动装置接合，从而允许所述浮动套管轴由所述一个或更多个顶部驱动马达驱动，所述浮动套管系统还包括一个或更多个浮动套管轴竖直位移致动器，所述一个或更多个浮动套管轴竖直位移致动器被配置成至少在与所述钻探管柱的螺纹连接的上扣和/或断开期间引起所述浮动套管轴的受控竖直运动，
‑
推力轴承壳体，其布置在所述传动装置壳体下方且从所述框架结构悬挂，所述推力轴承壳体具备被配置成支撑钻探管柱的负载的推力轴承，
‑
中空竖直外部主轴，其经由所述推力轴承从所述推力轴承壳体悬挂以便相对于所述推力轴承壳体旋转，所述外部主轴具有在所述推力轴承壳体下方延伸的部分，
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中空竖直内部主轴，其被布置成在所述外部主轴内能够竖直地移动，其中所述内部主轴连接到，例如可释放地连接到所述浮动套管轴，以便连同所述浮动套管轴一起竖直地移动并且当由所述一个或更多个顶部驱动马达驱动时连同所述浮动套管轴一起旋转，其中所述内部主轴具有下部连接器末端，所述下部连接器末端被配置成经由螺纹连接而连接到钻探管柱，以便允许旋转扭矩从所述一个或更多个顶部驱动马达经由所述传动装置、所述浮动套管轴、所述内部主轴传递到螺纹连接的钻探管柱，其中一方面所述内部主轴和另一方面所述外部主轴具备协作的轴向负载支撑面，所述轴向负载支撑面在所述浮动套管轴和所述内部主轴的组件相对于所述外部主轴的降低位置中接合，且所述轴向负载支撑面在所述浮动套管轴和所述内部主轴的组件相对于所述外部主轴的升高位置中脱离，其中所述外部主轴优选地在其下部末端处具备被配置成携载吊卡提环的吊卡提环载架。2.根据权利要求1所述的顶部驱动系统，其中所述吊卡提环载架相对于所述外部主轴旋转安装，且设置联接机构，所述联接机构允许选择性地接合和脱离吊卡提环载架而不与外部主轴一起旋转。3.根据权利要求1或2所述的顶部驱动系统，其中所述吊卡提环载架旋转安装在所述外部主轴上，且其中所述吊卡提环载架和所述外部主轴上分别存在轴向负载支撑面，且其中在吊卡提环载架与外部主轴之间有效的联接机构包括作用于所述吊卡提环载架的提升布置，所述提升布置被配置成相对于所述外部主轴选择性提升和降低所述吊卡提环载架。4.根据权利要求1到3中任一项或多项所述的顶部驱动系统，其中所述顶部驱动系统还包括可回转的支腿结构，所述可回转的支腿结构具有头部和从所述头部悬垂的一个或更多个竖直支腿，所述支腿结构从所述推力轴承壳体向下延伸，例如其中一个或两个支腿平行
于主轴布置，例如其中每一支腿与所述外部主轴横向间隔开，且其中在一方面的支腿结构的头部与另一方面的推力轴承壳体之间布置回转轴承，所述回转轴承允许支腿结构能够围绕顶部驱动装置的主轴布置的竖直轴线回转。5.根据权利要求4所述的顶部驱动系统，其中回转驱动器设置于所述可回转的支腿结构与所述推力轴承壳体之间，例如其中一个或更多个回转驱动马达安装在所述推力轴承壳体上，且所述可回转的支腿结构的头部具备围绕主轴布置的竖直轴线延伸的回转齿轮构件。6.根据权利要求3和4所述的顶部驱动系统，其中所述可回转的支腿结构具备所述提升布置，其中例如所述提升布置包括在所述吊卡提环载架下方延伸的提升框架构件，所述提升框架构件能够竖直移动地紧固到所述可回转的支腿结构的所述一个或更多个竖直支腿。7.根据权利要求6所述的顶部驱动系统，其中所述提升框架构件借助于弹簧布置紧固到所述可回转的支腿结构，所述弹簧布置通常促使所述提升框架构件、进而所述吊卡提环载架到其提升位置。8.根据权利要求1到7中任一项或多项所述的顶部驱动系统，其中回转驱动机构设置于所述推力轴承壳体与所述吊卡提环载架之间，且被配置成造成所述吊卡提环载架相对于所述推力轴承壳体围绕主轴布置的竖直轴线的受控回转运动。9.根据权利要求1到8中任一项或多项所述的顶部驱动系统，其中阀布置紧固到所述内部主轴的下部连接器末端，所述阀布置包括被配置成控制通过所述钻探管柱的流体流的一个或更多个阀。10.根据权利要求4到7中任一项或多项所述的顶部驱动系统，其中例如备用夹具的扳手和/或夹持装置安装在所述可回转的支腿结构上，例如所述扳手和/或夹持装置相对于所述可回转的支腿结构的一个或更多个固定长度支腿能够在竖直方向上可伸缩地移动。11.根据权利要求1到10中任一项或多项所述的顶部驱动系统，其中设置吊卡提环倾斜机构，所述吊卡提环倾斜机构被配置成在对准吊卡与作业线的竖直定向和吊卡远离作业线的一个或更多个倾斜定向之间移动所述吊卡提环。12.根据权利要求1到11中任一项或多项所述的顶部驱动系统，其中所述传动装置壳体和所述一个或更多个顶部驱动马达放置于所述推力轴承壳体的顶部上。13.根据权利要求1到12中任一项或多项所述的顶部驱动系统，其中所述内部主轴与所述浮动套管轴之间的连接是可释放的，例如为螺纹连接，例如与防松弛锁定装置组合的螺纹连接，当在顶部驱动系统操作期间旋开扭矩作用于该连接上时所述防松弛锁定装置防止所述螺纹连接变得松开。14.根据权利要求1到13中任一项或多项所述的顶部驱动系统，其中所述传动装置壳体可释放地安装在所述推力轴承壳体的顶部上，从而例如一旦在所述浮动套管轴与所述内部主轴之间的可释放连接已松开，就允许移除所述传动装置壳体。15.根据权利要求1到14中任一项或多项所述的顶部驱动系统，其中所述传动装置壳体弹性地安装在所述推力轴承壳体的顶部上，例如弹性支撑允许所述传动装置保持与所述套管轴和所述内部主轴的组件对准。16.根据权利要求1到15中任一项或多项所述的顶部驱动系统，其中所述传动装置包括具有竖直中央花键孔的主齿轮构件，所述套管轴延伸穿过所述竖直中央花键孔，其中所述
套管轴的一区段带花键，所述齿轮构件和所述套管轴的花键相啮合，且其中所述一个或更多个顶部驱动马达驱动所述主齿轮构件，例如每一顶部驱动马达具有竖直驱动马达轴，所述竖直驱动马达轴具有与所述主齿轮构件啮合的小齿轮。17.根据权利要求1到16中任一项或多项所述的顶部驱动系统，其中所述一个或更多个顶部驱动马达是具有定子壳体和转子的电动马达，且其中所述顶部驱动马达中的优选至少一个，优选每一个具备可操作的离合器装置，所述可操作的离合器装置被配置成收到命令后相对于所述传动装置选择性地连...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：伊特里克公司，
类型：发明
国别省市：