[发明专利]用于在井眼操作中悬挂载荷的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于悬挂载荷的设备和方法，特别但不排它地涉及支 承环或提环或从环或提环悬挂下来的钻井设备。

背景技术

在构建油井或气井或地热井或新水井等的钻井眼过程中，钻头布 置在钻柱的端部上，使所述钻头旋转以穿过地层钻出井眼。

本发明的设备可与用于支承环或提环或从环或提环悬挂下来的任 一物件一起使用，例如吊卡、环转接器、大钩、滑车转接器和环扣。

用于钻比如油气井的井眼的顶部驱动设备是用于钻井眼的两种通 用型设备中的一种，另一种为转盘设备。

具有转盘的钻机通常包括在顶部具有天车的支承井架结构。游动 滑车通过缆线可动地从天车上悬挂下来，所述缆线由绞车供给。大钩 或滑车转接器可从提环上的游动滑车上悬挂下来。方钻杆通过大钩从 游动滑车上悬挂下来。方钻杆的下端部固定到钻柱上。钻柱的下端部 具有承载钻头的底部钻具组合。钻柱和钻头布置在正在钻进并且从地 面向下延伸的井眼内。方钻杆通过转盘的作用在井眼内旋转。

顶部驱动设备通常包括主体，其容纳用于使驱动轴旋转的马达， 所述驱动轴具有可连接到管单根、管立根或管柱等管上的异径接头 (sub)。这些管可以是下述管中的任一种：钻杆、套管、衬管、优质管 或在比如油气井的井眼的构造、维护和修理中使用的其它管。顶部驱 动设备通常布置在钻机井架上的基本上竖直的轨道上。顶部驱动设备 利用经由大钩或滑车转接器连接到顶部驱动设备上的游动滑车上的天 车上方的绳索在轨道上提升和下放，所述大钩或滑车转接器可从提环 上的游动滑车上悬挂下来。该绳索使用通常称为绞车的绞盘卷绕或放 出。顶部驱动设备因而可用于将管下入井眼和从井眼取出；使钻柱旋 转以利于钻井眼；并且使管单根或管立根相对于悬持在井眼中的钻柱 旋转，从而与钻柱中的管柱螺纹连接或分离以加长或缩短所述管柱。 顶部驱动设备具有环转接器，一对环从该环转接器悬挂下来。吊卡从 连接到顶部驱动设备的环悬挂下来以利于操纵管并且与用于与其连接 和分离的异径接头(sub)对准。顶部驱动设备也可用于与从动或主动 星形接头(spider)结合和/或与旋转钳结合，以利于使管与管柱连接 或分离。

吊卡可以是用于操纵单个接头和管立根的单接头吊卡，或可以是 还可承载井眼中管柱的全部重量的主吊卡。该操作有时称为用于使管 子向下运动进入井眼中的“下入”操作和用于使管子向上运动并移出井 眼的“起出”操作。这些操作中的每一个操作均需要管在钻机周围运动。 因此，存在很多与钻机的管操纵的操纵和后勤管理相关的问题，特别 是在不中断钻井过程的情况下在石油钻井平台上使管相互连接、分离 和存储的问题。通常，单接头吊卡和主吊卡都用于这些操作中。

用于使管在钻机上和钻机周围运动的当前系统与吊卡结合，该吊 卡布置在悬挂在从钻机的井架上悬挂下来的滑轮或游动滑车上方的绳 索的一端部上。绳索的另一端围绕绞盘卷绕。吊卡通常包括一对铰接 的半圆段、锁和用于确保锁正确闭合的安全机构。这样的吊卡由 BJVarco销售，其商品名称为“A系列吊卡”和“单接头吊卡”。管水平 放置在“坡道(catwalk)”上或倾斜的斜面上或输送机上，并且被手动 升高离开其放置的表面或管的端部在壁架(ledge)的上方露出。吊卡 的半圆段围绕钻杆的主体闭合，锁闭合，并且安全机构(通常为开口 销)被推入到位以确保锁正确闭合，并且直到移除开口销时才允许将 锁打开。吊卡围绕管的主体松弛地装配以使吊卡可沿该管滑动，直到 吊卡邻接管中的增厚部分或螺纹连接到管端部的接箍(collar)上。钻 杆包括通常所说的母螺纹端部设置在其中的“母接头(box)”的增厚部 分，替代地，管的端部具有螺纹，较大外径的形成轴肩的接箍螺纹连 接到该管端部上。绞盘被致动以提升吊卡和从吊卡上悬挂下来的管离 开钻台，以利于使管在钻机上和钻机周围运动。然后钻工能够将管摆 动到另一个位置，所述另一个位置通常用于对扣进入已经在井中或位 于鼠洞中的管柱中。一种特别的应用是利于使钻杆从管存放区域运动 到井中心和靠近井中心的通常所说的“指梁”的存放区域。该方法用于 下入操作。