[发明专利]一种移动式连续油管钻井装置

说明书

一种移动式连续油管钻井装置，所述装置包括在移动式平台上的非旋转桅杆，该桅杆上安装有喷射器、具有与之关联的油管放卷点的连续油管盘架、和油管控制系统，其中所述油管控制系统在盘架和喷射器之间，并且邻近油管放卷点的油管台座，用于在油管放卷期间对油管施加相反的弯曲，并且盘架安装为用于水平(x,y)移动，使得在油管的放卷期间，可以保持油管放卷点大体高于喷射器，且还可以朝向或远离油管台座移动。

相关申请

本申请要求2017年1月18日提交的澳大利亚临时专利申请2017900143的巴黎公约优先权。所述申请的内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种主要用于矿物勘探的移动式连续油管钻井装置，所述钻井装置为不要求连续油管围绕其纵轴旋转以便钻井装置操作的类型。

背景技术

历史上，矿物勘探使用在一端附接有钻头的旋转钻柱(一系列连接的刚性的管段)，用于钻出地下孔，以便定位有价值的矿床。随着旋转的钻头钻入地下以形成井眼，增加另外的管段以便钻得更深；而随着钻头从井眼中抽出，发生相反的情况。在钻孔期间添加和移除这些管段以组装和拆卸钻柱消耗大量的时间和能量(并因此消耗成本)。

已经开发出连续油管作为使用钻柱的替代方案(尽管通常用于石油工业而不是用于矿物勘探)，连续油管通常是可以几乎无限长度使用的韧性金属。连续油管的使用包括将管从承载这种油管的盘架上拆卷，通常是利用位于井眼上方并靠近井眼的喷射器(injector)，所述喷射器负责提升和降低所述油管。盘架通常水平地远离喷射器和井眼定位，并且在盘架和喷射器之间使用弯曲引导管(通常称为“鹅颈管”)以引导所述油管从盘架穿过所述装置到达喷射器。在美国专利公开2013/0341001A1的图6中可以看到这样的示例。

在大多数连续油管钻井中，位于油管底部的井底钻具组件(BHA)通常包括一个泥浆马达，它为钻头提供动力并使其旋转(已知连续油管本身不旋转)，泥浆马达由从表面泵送钻井液的运动提供动力。在其他形式的连续油管钻井中，已经开发出地上装置以允许连续油管围绕其纵轴旋转。当然，需要相当大且复杂的地上装置能够旋转整盘架的连续油管以实现油管的这种旋转，但本发明不涉及这种类型的旋转连续油管钻井。

Geddes等人的美国专利7,284,618是非旋转连续油管钻井装置的一个实例。Geddes等人描述了使用许多类型的连续油管装置的困难，也就是，由于油管在盘架上的拆卷和复卷在韧性金属油管中引起疲劳的弯曲相关的应力的问题。Geddes等人还指出，常规的盘架相对于喷射器的水平间隔定位，以及后续使用一个或多个鹅颈管来引导油管到喷射器，增加了油管经历弯曲事件的次数。这显著地缩短油管的使用期限，需要适当地经常更换盘架，由于停机时间和盘架和油管更换导致成本增加。

Geddes等人提供的解决方案是将盘架置于与喷射器纵向间隔开的可移动拖车上，由此使盘架放卷点定位在喷射器的正上方。Geddes等人的可移动拖车然后可以在操作期间随着油管从盘架拆卷而由自动控制系统和定位机构主动定位，使得在油管离开盘架之后不再有另外的弯曲事件。因此，Geddes等人的目的是只有在钻井期间的一次弯曲事件(即，将油管从盘架拆卷并使其直接进入到喷射器中)，和在油管从井眼退出期间的一次弯曲事件(油管在从喷射器通过后的复卷)。

Geddes等人的自动控制系统是这样的系统，其监测进入喷射器的油管的位置，并且然后响应于远离中心的油管移动而移动可移动拖车，以使油管返回中心。因此，Geddes等人的教导是在油管的拆卷(进入到喷射器期间)和油管的复卷(在从喷射器离开期间)二者期间避免在油管的放卷点和喷射器之间对油管施加力，以便将油管的弯曲事件减少到绝对最小值。

然而，Geddes等人没能认识到，油管在盘绕在盘架上时已有弯曲的影响，因此Geddes等人的装置不能够在油管进入喷射器时充分地控制油管的平直度，实际上在油管进入喷射器和井眼之前在油管保留了残留的塑性弯曲，导致随后在井眼的控制和方向方面的困难。