[发明专利]用于连续和近连续钻孔的系统和方法

说明书

技术领域

本发明基本上涉及有用于钻孔应用中的系统和方法。更具体来说，本发明涉及有用于石油和/或天然气钻孔的系统和方法，但不一定限于这些应用。

背景技术

石油和天然气的钻孔应用的所属领域技术人员将了解，在钻井的过程中各种操作可消耗大量时间。另外，每当需要从井孔起出钻柱时，对钻孔操作来说失去潜在大量的时间。因为钻井的每天成本可为高的，尤其是结合深水应用中的海底钻孔，已经做出努力来减少花费在起下钻操作上的时间。类似地，已经做出努力来尝试大体上加速且获得更高效率的钻孔操作中。具体来说，已经努力尝试维持连续和近连续的钻井。钻机可任意处置以管理井的输入是包括钻管的旋转、提升(升高或有时候降低)钻管，以及流体向下通过钻管和回到表面的循环。现有钻孔技术的显著问题是它们需要钻管停止在钻台以连接到进入或正从井拉出的钻管的下一区段。在此停止周期期间，钻机用来管理井的所有动态输入停止，因为在移动时钻孔设备不再可旋转、提升或泵送流体。在此停止时间或连接时间期间，井经历造成非生产时间(NPT)的许多经典的井管理问题。当然，必须谨慎进行，以便不损安全性且还防止或最小化意外或污染的可能。

在过去，已经尝试使与钻孔相关的各种操作自动化。举例来说，在1968年10月8日颁与Gheorghe等人的题目为“用于连续和自动拉动和运行钻管柱的自动化系统和钻机(Automated System and Drilling Rig for Continuously and Automatically Pulling and Running a Drill-Pipe String)”的第3,404,741号美国专利描述一种方法，所述专利如同在此完整陈述那样以引用方式并入本文。在Gheorghe案中，将钻机描述为包含两个升降机，其经同步以便允许连续执行起下钻操作。Gheorghe案未能尤其揭示其中可以连续或近连续方式执行钻孔、后扩孔和起下钻操作的钻机或将在钻机上使用的系统，且也未能揭示用于控制钻机上的各种系统以允许连续或近连续钻孔、后扩孔和起下钻操作的系统。

在过去采用的一种方法涉及使用“多活动”钻孔组合件，其包含两个管状台。在2000年7月11日颁与Scott等人的题目为“多活动海上勘探和/或开发钻孔方法和设备(Multi-Activity Offshore Exploration and/or Development Drill Method and Apparatus)(“Scott”)”的第6,085,851号美国专利中描述这种方法，所述专利如同在此完整陈述那样以引用方式并入本文。在Scott案中，描述一种设备和方法，其涉及使用两个钻柱以使得某些辅助动作可相对于一个钻柱进行，同时钻孔或起下钻操作相对于第二钻柱进行。此方法具有某些缺点，不仅仅是使用两个钻柱以及两者均结合单个井架对正在进行的操作增加复杂性。

需要一种用于钻孔和起下钻的设备和方法，其花费的时间少于标准钻孔和起下钻设备和方法。

发明内容

所属领域的技术人员将了解，本发明的此发明内容以及附带的本发明的实施例的详细描述不界定本发明的范围，且不提供对界定本发明的范围的权利要求书的替代，而是仅提供指南以提供对由权利要求书限定的本发明的完整范围的更好理解。在本发明的一个实施例中，提供一种系统，其具有目标且提供结合以下各项获得连续或近连续起下钻操作的能力作为优点：具有井架的钻机，两个独立可操作绞车，两个独立可操作游动差钻器，钻孔流体转向系统，以及用于自动控制钻孔操作的集成控制系统。在本发明的另一实施例中，所述系统进一步包含响应于井参数的若干传感器，其将关于井的信息馈送到基于此些井参数中的一或多者采取动作以进一步控制钻孔操作的集成控制系统。在本发明的另一实施例中，提供一种方法，用于自动控制井架中的两个独立可操作游动差钻器的操作以获得连续或近连续起下钻操作。在再一方法中，操作者可通过针对安全性、环境和其它偏好或问题指定额外条件或参数而修改自动化钻孔活动。在再一实施例中，所述系统将关于钻孔活动、井条件和参数和操作条件的数据自动存储在数据库中。

本发明提供的一个益处在于，在钻孔的同时，其在连接时间期间不停止，且钻柱的此连续或近连续旋转、起重能力和泥浆循环显著减少经典的石油和天然气井钻孔挑战的可能性，例如但不限于将钻管不同地粘到井孔壁以及由于循环损失引起的井孔切割积累而出现的复杂性。