[发明专利]一种连续运动石油钻机及其起钻、下钻方法

说明书

技术领域

本发明属于石油钻机技术领域，适用于陆上及海洋钻机和修井机，涉及一种连续运动石油钻机；另外，本发明还涉及一种连续运动起钻方法以及一种连续运动下钻方法。

背景技术

常规石油钻机在起钻过程中，当完成第一根立柱起升后，钻柱利用卡瓦支撑后停靠在固定不动的转盘上，卸开第一根立柱(通常为3根钻杆构成1根立柱)与钻柱相连的钻杆接头，将立柱排放到二层台，下放顶驱，待顶驱下放到设定高度后，顶驱吊卡打开后扣合在钻柱顶端钻杆接头下，提起钻柱，转盘上的卡瓦打开，才可以继续起升钻柱；待第二根立柱下端母接头距离转盘顶面到达设定距离后，卡瓦扣紧，顶驱将钻柱支撑在卡瓦上，卸开立柱与钻柱相连的钻杆接头，将第二根立柱排放到二层台，如此循环操作，分别完成第三根立柱、第四根立柱……的起升，直至把井筒中的钻柱全部提出井筒，完成钻柱的间断起升。

类似的，常规石油钻机在下钻过程中，当完成第一根立柱下放到井筒中后，第一根立柱利用吊卡(或卡瓦)支撑后停靠在固定不动的转盘上，然后顶驱上升到二层台，提起第二根立柱与停靠在转盘上的第一根立柱通过钻杆接头相连，上提顶驱，将吊卡从转盘井口中心移开(或卡瓦打开)，才可以继续下放由前两根立柱形成的钻柱；待第二根立柱最上端母接头距离转盘顶面到达设定距离后，将吊卡安放到转盘井口中心(或卡瓦扣紧)，顶驱将钻柱放置到吊卡(或卡瓦)上，顶驱上升到二层台，提起下第三根立柱与钻柱相连，如此循环操作，分别完成第三根立柱、第四根立柱……的下放，直至把二层台排放的立柱全部下放到井筒中，完成钻柱的间断下放。

在上述常规石油钻机起钻、下钻过程中，每一根立柱与钻柱相连钻杆接头的连接或卸开都是在钻柱停靠在转盘上后，钻柱处于静止状态下进行的，这种起下钻操作方式由于每进行一根立柱的起升或下放，钻柱的运动都会经历从静止、加速、恒速、减速到静止的运动状态变化，存在的不足包括以下几个方面：一是钻机提升机构需频繁将钻柱从零速加速到最大速度，又从最大速度减速为零，这种频繁加减速不仅影响钻机工作效率，还造成钻机能耗较大；二是在起钻过程中，由于起钻最大速度过快，钻柱对钻井液的抽汲导致井筒压力波动，进而影响井筒筒壁的稳定性；三是在下钻过程中，由于下钻最大速度过快，井底压力波动大，容易导致裂缝性地层井底裸眼井段发生井漏、井塌事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续运动石油钻机，解决了现有技术起下钻过程中频繁加减速，不仅影响钻机工作效率，还造成钻机能耗较大；起钻最大速度过快引起钻柱对钻井液的抽汲导致井筒压力波动，进而影响井筒筒壁的稳定性；下钻过程中，由于下钻最大速度过快，井底压力波动大，容易导致裂缝性地层井底裸眼井段发生井漏、井塌的问题。

本发明的第二目的是提供一种连续运动起钻方法。

本发明的第三目的是提供一种连续运动下钻方法。

本发明所采用的技术方案是，

一种连续运动石油钻机，在井架中设置有两套提升机构，一套是顶驱提升机构，另一套是转盘提升机构，该转盘提升机构的结构是，在井架内左右两侧分别设置有一套转盘导轨，每侧的一套转盘导轨中配置有一个滑车，每侧的滑车下端连接有一个油缸；每侧的滑车中绕有转盘钢丝绳，转盘钢丝绳一端固定在底座上，转盘钢丝绳另一端绕过转盘梁上的滑轮组或直接固定在转盘梁上，转盘梁左右两边分别设置有一个转盘梁导向机构，两侧的转盘梁导向机构分别套装在各自一侧的转盘导轨中；转盘梁中心部位安装有转盘及其卡瓦。

本发明所采用的第二技术方案是，

一种连续运动起钻方法，利用上述的连续运动石油钻机，按照以下步骤实施：

步骤1，起钻初始位置，转盘顶面与钻台面平齐，转盘处于静止状态，顶驱通过吊卡提升钻柱以恒速上升，顶驱将第一根立柱从井眼中提出后，立柱下的钻杆接头顶面距转盘顶面约为预设值L时，转盘提升机构提升转盘以恒速向上运动；

步骤2，在转盘与顶驱速度相同时，转盘上的卡瓦卡持钻柱，此时顶驱减速上升，使钻柱重量全部施加到转盘上，转盘提升钻柱以恒速向上运动，实现钻柱由顶驱提升到转盘提升的交接；

步骤3，转盘旁边的上卸扣工具卸开立柱与钻柱之间的钻杆接头，转盘旁边的机械手将立柱推向立根盒方向；

步骤4，顶驱提升立柱减速为零并将立柱下放到钻台面，然后利用井架工或人工将立柱排放到二层台；

步骤5，顶驱下降到预定高度，待转盘提升的钻柱顶端钻杆接头已在顶驱吊卡顶面之上时，顶驱开始以与转盘相同速度向上运动；