[發明專利]自動化起下鉆裝置和方法

在審

• 申請號: 201380055235.4
• 申請日: 2013-10-22
• 公開（公告）號: CN104936745A
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發明（設計）人: 瑞克·皮爾格瑞姆
• 申請（專利權）人: 水銀鉆探技術有限責任公司
• 主分類號: B25B17/00
• 分類號: B25B17/00;E21B19/22;E21B19/18;E21B19/00
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 王達佐;王艷春

相關申請的交叉引用

本申請為非臨時申請，并且要求于2012年10月22日提交的第61/716,980號美國臨時申請的優先權。

技術領域

本公開總體上涉及操作鉆機上的管柱，并且具體涉及在下入操作或起出操作過程中組裝管柱或分開管柱。

背景技術

在石油和天然氣行業，將井鉆入大地中以達到深埋在地下的碳氫化合物的儲層。在鉆探、維修以及完成鉆井孔中，采用所謂的鉆桿柱。包括鉆柱、套管柱、工具柱等的鉆桿柱由端至端接合的、螺紋連接的多段鉆桿部分組成，從而到達鉆井孔的潛在的大深度。作為示例，在鉆井操作中，鉆柱可包括底孔組件(BHA)，其可包括鉆頭、泥漿電機、隨鉆測量(MWD)傳感器陣列以及其他各種傳感器、墊片和通信裝置。

隨著鉆探進行至大地的更深處，在鉆柱的頂部添加多段鉆桿。通常，在添加至鉆柱之前會將兩個或三個30英尺長的鉆桿連接至所謂的鉆桿架。鉆機將鉆柱懸掛在鉆桿滑動件上，并且使鉆柱脫離絞車。鉆機利用絞車將下一鉆桿架提升至鉆柱之上，并且除了其他方面之外，(在一些示例中)使用自動化的鉆工或“鐵”鉆工將該鉆桿架螺紋連接至鉆柱，從而減少暴露在鉆臺上的潛在危險環境的人員。

有時，必須從鉆井孔移除整個管柱。例如，如果鉆頭斷裂、下降至鉆井孔中的工具必須返回地面或鉆井孔達到其目標深度，則可能需要進行這種“起出”操作。有時，相同的或新的管柱必須回到鉆井孔中。例如，這種“下入”操作可將帶有新鉆頭的鉆柱放入鉆井中、降低諸如封隔器的井下工具或將套管柱插入鉆井孔中以完成鉆井。

由于現代的井可能變得非常深，所以起出操作或下入操作可能需要使大量的螺紋鉆桿接頭斷開連接(分開)或進行連接(組裝)。傳統上，相同的絞車、鉆工和滑動件被用來構成或斷開每個連接。因為鉆機的操作可能極其昂貴，所以需要下入或起出管柱可能是成本很高的操作。另外，僅通過從鉆井孔移除管柱或將管柱插入鉆井孔內可能對鉆井孔造成損害。例如，在某些情況下，鉆井孔壓力可通過井下工具的快速運動而快速升高或降低。這些通常被稱為“抽汲(swabbing)”的壓力波動可能導致例如儲層流體流入鉆井孔內或可能導致圍繞鉆井孔的構造中的不穩定。

發明內容

本公開提供了一種自動化起下鉆裝置。該自動化起下鉆裝置可包括外框架和內框架，其中，外框架包括一個或多個豎直支承件，內框架滑動聯接至外框架，并且被設置成通過聯接在內框架與外框架之間的提升機構來豎直移動。內框架可包括起下鉆滑動件和鐵鉆工，其中，起下鉆滑動件被設置成接納管狀構件并且選擇性夾緊并支承管狀構件，鐵鉆工定位在起下鉆滑動件之上，并且被設置成接納管狀構件并且組裝或分開位于管狀構件的第一段與第二段之間的螺紋接頭。

本公開還提供了用于從正在從鉆井孔移除的管柱中移除管狀構件的方法。管柱可由一系列螺紋連接的管狀構件構成。該方法可包括提供自動化起下鉆裝置。該自動化起下鉆裝置可包括外框架和內框架，其中，外框架包括一個或多個豎直支承件，內框架滑動聯接至外框架，并且被設置成通過聯接在內框架與外框架之間的提升機構來豎直移動。內框架可包括起下鉆滑動件和鐵鉆工，其中，起下鉆滑動件被設置成接納管狀構件并且選擇性夾緊并支承管狀構件，鐵鉆工定位在起下鉆滑動件之上，并且被設置成接納管狀構件并組裝或分開位于管狀構件的第一段與第二段之間的螺紋接頭。鐵鉆工可選擇性地通過鉆工提升機構在豎直方向上在高位與低位之間移動。該方法還可包括：在鉆機的鉆臺上將自動化起下鉆裝置定位在鉆井孔之上，鉆機包括絞車、升降機、自動化鉆桿操作裝置和鉆臺滑動件，管柱延伸穿過自動化起下鉆裝置；利用升降機以限定起下鉆速度的相對恒定的速度提升管柱；向下移動內框架；將鐵鉆工移動至高位；以起下鉆速度向上移動內框架，以使得鐵鉆工與位于最上面的管狀構件與下一管狀構件之間的螺紋接頭對準；致動起下鉆滑動件；將管柱的重量轉移至起下鉆滑動件；利用鐵鉆工分開螺紋接頭；遠離鐵鉆工提升最上面的管狀構件；通過自動化鉆桿操作系統從升降機移除最上面的管狀構件；將鐵鉆工移動至低位；向下移動升降機；以起下鉆速度向上移動升降機，以使得升降機可附接至管狀柱；將管柱的重量轉移至升降機；以及釋放起下鉆滑動件。