[发明专利]包括管件立柱处理系统的钻机

说明书

本发明涉及一种钻机，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，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。

技术领域

本发明涉及包括管件立柱处理系统的钻机。更具体地，本发明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，本发明涉及在连接期间用于支撑和补偿管件立柱的装置和方法。

背景技术

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。