[发明专利]具有在钻井模式和起下钻模式下操作的顶部驱动系统的钻探机

说明书

一种适于进行钻井和/或其它与钻井孔相关的活动的钻探机。该钻机包括：钻塔；钻台，其具有井口；滑动装置，其布置在井口处；靠近井口的管件连接上扣和卸扣装置；以及顶部驱动系统。顶部驱动系统包括移动托架，其通过竖直移动驱动装置沿钻塔的一个或多个竖直轨道是可竖直移动的。该系统还包括由所述托架支撑的顶部驱动单元，并包括顶部驱动马达和旋转扭矩输出构件。该系统进一步包括起下钻操作升降机，其适于与钻管串或钻管柱(例如其顶端部)接合，以进行起下钻操作。顶部驱动单元和起下钻操作升降机每个都相对于移动托架可移动，并且其中顶部驱动系统设置有一个或多个致动器，其适于引起顶部驱动单元和起下钻操作升降机的相对移动，从而提供钻井模式和起下钻模式。

技术领域

本发明涉及钻探机领域。例如，本发明适用于由模块组成的移动模块化钻探机，所述模块可以容易地组装，并且例如通过道路车辆而被从一个钻井现场运输到下一个。

背景技术

在本申请人的WO2006/038790、WO2013/133698、WO2013/109147和WO2014/178712中提出了模块化的移动钻探机的例子。

钻探机包括钻塔和具有井口的钻台。钻台的井口在实践中与钻井孔或钻孔对齐，例如，到油气藏(hydrocarbon reservoir)的钻井孔或用于地热井的钻井孔。在陆地钻探机类型中，钻台可以保持在地面上方的高度处，例如，允许在钻台下面放置防喷器。钻探机也可以用在海上环境中，例如，位于自升式平台的悬臂上或在导管架式平台上，可能具有通向海底钻井孔的海底立管或用于无立管式钻井孔作业。

在已知的实施方案中，滑动装置布置在井口处，并且适于将钻管柱悬吊在钻井孔中。例如，设置遥控机械化滑动装置，以允许来自操作室的受控的操作。

在已知的实施方案中，钻探机包括本领域已知的靠近井口的管件连接上扣和卸扣装置(makeup and breaking device)，例如作为铁钻工设备或机械钳装置。通常，这样的装置允许在钻管和/或承窝接头的端部处的螺纹连接器的机械连接和分离。例如，设置遥控的机械化的管件连接上扣和卸扣装置，以允许来自操作室的受控的操作。

在已知的实施方案中，钻探机包括适于储存管件柱的指梁台装置。

在已知的实施方案中，钻探机包括顶部驱动系统和竖直移动驱动装置，所述竖直移动驱动装置适于形成顶部驱动系统相对于钻塔的竖直移动，以进行钻井和起下钻(tripping)操作。

已知的顶部驱动系统包括移动托架，该移动托架通过竖直移动驱动装置而可沿着钻塔的一个或多个竖直轨道竖直移动。一个或多个竖直轨道是静止安装的并且平行于延伸通过井口的竖直作业线。

移动托架支撑顶部驱动单元，该顶部驱动单元包括顶部驱动马达和旋转扭矩输出构件，例如旋转杆，所述旋转扭矩输出构件适于与沿作业线延伸通过井口的钻管柱的顶端部接合(例如螺纹连接)，从而向所述钻管柱施加扭矩以进行钻井操作。

在该领域中，已知的操作是钻柱的起下钻，例如，当钻头磨损并需要更换或维修时。这涉及起钻，其中钻柱被提升，使得多个钻管的管柱在钻台上方延伸。例如，已知的是拉动三重长度的管柱(总长度为大约90英尺)。然后通过滑动装置将钻柱悬吊在钻井孔中，并且通过靠近井口的管件连接上扣和卸扣装置将升高的管件柱分离。例如，上扣和卸扣装置的连接由移动臂保持，例如，该臂安装在远离井口的钻台上的支撑装置上。在将该连接卸扣之后，再将管件柱放置在指梁台的狭槽中。这个起钻过程一直持续直到钻头到达钻台。在更换或维修钻头之后，钻柱再次下钻到钻孔中。起下钻柱的其它原因例如是需要维修替换其他井下工具，例如，如泥浆马达、MWD(随钻测量)单元等。

已知利用远程控制的机械化的管件排放装置来移动位于作业线与指梁台之间的管件柱，以允许来自操作室的受控操作。

起下钻通常被认为是耗时的，因而是昂贵的过程。要注意的是，起下钻也可能涉及除钻杆柱之外的其他管柱，例如由相互连接的套管组成的套管柱。