CN102187050B - 管道/管子卷绕设备 - Google Patents

Abstract

一种用于提供在油田操作中所使用类型的连续复合材料管的卷盘组件，其中卷盘组件包括：机架，连续复合材料管的卷筒被下降到该机架上；和驱动联接器，其用于将旋转力从机架传输到卷筒。可移除的笼与机架连接。连续复合材料管围绕卷筒的外周设置在U形壳体中。

Description

管道/管子卷绕设备

技术领域

本发明涉及一种用于处理可弹性弯曲且抗压缩的细长元件的设备，更具体地，本发明涉及一种能够保持和支撑由复合材料制成的缆线（cable）或管子（pipe）的可运输卷盘（reel）。

背景技术

在气井或者油井的寿命中，各种操作被执行以用来监测井的状态，用来进行测量，用来对井进行增产（stimulate）或者处理，用来更换各种设备或者工具，或者用来进行其它必要的工作。于是，将各种井下设备附接在连续管（tubing）上并进入井中或者从井中取出。

在执行以上提到的井中干预时，采用了许多类型的设备：盘绕的管、线缆（wire）或者可能只是一根绳（string）（所谓的“滑线（slick-line）”）。必须基于所要执行任务的复杂度来选择各种类型的井干预设备。

盘绕的管用于较大型作业，特别是在需要进行循环时，如在井增产（化学处理或者压裂）过程中。缺点是这种干预类型非常昂贵，因为需要采用钻探设备。 

线缆用于不需要循环时，如在测量期间。线缆也可设有导体以用于供电和信号传输。经常地，线缆由于其高的断裂强度而被用于干预，因此可在工具相对较重的时候使用。由于线缆元件之间的空间，线缆的缺点是必须使用一种特定的油脂注射器（所谓的“油脂注射头”），通过该油脂注射器连续地注射处于压力下的油脂以便在线缆周围进行密封。即使油脂提供相对较低的摩擦并且使得能够通过工具自身的重量而实现工具的下降，这种方法在设备和材料方面也需要大的投资。

在一些情况下，当要下降的工具不是太重时，例如，在采集样品期间，可使用绳。当这种细绳被使用时，上述的油脂注射头可被一种更简单的密封装置所替代，例如，所谓的填料盒。 这种填料盒包括橡胶或类似材料制成的管状套筒。管状套筒在一定程度上紧紧围封缆线以防止释放，但同时不会使得绳与套筒之间的摩擦太大。这是一种不昂贵的井干预方法。但是，上述填料盒类型的一个缺点是，在绳的周围提供那样的密封可能导致太大的摩擦。另一个缺点是，这种绳的强度有限，并且由于未包含供电以及信号传输装置而导致其可用性有限。

连续管通常缠绕在大卷筒上，其中连续管包含由具有相对较薄的横截面厚度的金属或者复合材料制成的小直径圆柱管。这种管（缆线或者管子）通常较之常规钻井绳更具柔性，也更加轻便。比之常规的连结直管子，它进出井孔要迅速得多，因为无需连接或者断开直管子的各短区段。

缆线或者管子卷盘组件通常包含：机架，用于支撑其上存放有缆线或管子的卷筒；驱动系统，用于旋转卷盘以及在卷盘工作期间产生后张力；以及“均缠（level winding）”系统，用来在缆线或者管子从卷筒上解绕或者缠绕到卷筒上时对缆线或管子进行导引。均缠系统使缆线或者管子侧向移动穿过卷盘，以便缆线或管子整齐而有组织地布置穿过卷盘。缆线或者管子卷盘组件必须使卷筒旋转以便向注射器和井孔供给缆线或管子以及从注射器和井孔供给缆线或管子。在正常运行过程中，缆线或者管子卷盘组件必须通过始终逆着注射器拉动而张紧缆线或者管子。注射器也必须对抗着张力拉动以从缆线或者管子卷盘取用缆线或管子，当缆线或者管子从孔中被注射器拉出时，卷盘必须具有足够的拉力以及速度以赶上注射器并维持缆线或者管子上的张力。缆线或者管子上的张力必须时刻维持。该张力必须足够用以将缆线或者管子适当地缠绕在卷筒上并使缆线或管子保持缠绕在卷筒上。因此，缆线或者管子卷盘组件遭受相当大的力和负载。

存在用于接收用作工作卷盘的常见普通航运卷筒（shipping spool）的缆线或管子卷盘机架。这些缆线或管子卷盘组件要求将轴插入穿过卷筒的中心，将一对安装在机架驱动板上的驱动旋钮插入卷筒的侧面以为驱动系统提供连接。结果，这种类型的卷盘机架具有若干问题。首先，卷盘机架或者必须能够分开为两半以便机架的侧面可以侧向移动远离彼此，或者必须让机架的侧面能够向外摆动以便缆线或管子的航运卷筒加载到机架上。其次，卷筒必须细致地与机架上的驱动系统对准。绕有缆线或管子的卷筒非常大非常重，其中，重量平均来说可在10000到20000kg之间变动。它们是笨重且难以操纵的。因此，在摇晃的船舶上或大风中将卷筒与驱动系统对准是一项困难的任务。再次，如前所述，标准和普通的航运卷筒并非建造用来处理典型工作卷筒所遇到的相当大的负载。

这种连续的缆线或管子已经在油气产业中成功使用了很多年。新技术的发展扩展了盘绕管在完工、修井、钻探和生产应用中的作用。绝大多数技术和应用都集中在金属盘绕管上。虽然金属盘绕管的使用在过去二十年里已经显著地增加，但有时金属管件还会遇到局限性，包括由于绳重和恶劣条件下腐蚀敏感性所引起的拉伸强度局限性。

在非金属、复合材料基缆线和管子产品方面的技术进步促进了针对金属盘绕管件所遇到的许多局限性的解决方案。

复合材料管通常由组合的树脂-纤维外管道（tube）构成，外管道同心地环绕塑料内管道，并且内管道基本上提供所期望的强度和保护特性。在制造时，内管道通常一体地固定到外管道。与相同尺寸的钢管件相比，复合材料管件往往有较低的重量、较高的爆裂性能、改善的流动系数、以及增大的抗疲劳能力，而钢则往往展现出更有利的崩塌（collapse）、压缩和拉伸性能。因此，在某些应用中，复合材料管件是钢的直接备选，而在其它应用中，复合材料是高度优选的选择。

然而，复合材料管比常规的钢管更硬，因此也更难以处理和/或操纵、存储和运输，这导致需要一种能够支撑这些类型连续复合材料管的卷盘组件。

GB2.294.674描述了一种用于处理由可弹性弯曲和抗压缩复合材料制成的棒的设备，其中，所述设备包括：卷盘，棒以弹性状态缠绕在该卷盘上；用于将棒保持压靠在卷盘滚筒上的装置；以及用于驱动所述卷盘旋转的装置。所述保持装置具有：至少一个滚子，该至少一个滚子的轴线与卷盘的轴线平行并且宽度基本上等于滚筒的宽度；以及用于将滚子施加到缠绕于卷盘滚筒上的棒上的弹簧装置。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于处理可弹性弯曲且抗压缩的细长元件的设备，其中，所述设备保持和支撑连续复合材料缆线或管子，例如，复合材料棒、复合材料加强的铜缆线、复合材料盘绕管、和复合材料加强的光纤测量缆线。

本发明的另一个目的在于，提供一种将会简化对这种硬且相对笨重的细长元件的操纵或处理的卷盘组件。

本发明的又一个目的在于，提供一种无需调整就能用普通车辆、集装箱或船舶进行运输的卷盘组件。

这些目的是通过本发明描述的系统来实现的，其中，本发明的其它实施例和特征将从以下描述中变得明显。在本发明的一个实施例中，提出了一种用于支撑油田服务操作所用硬质连续缆线的卷盘组件，包括：便携式机架，具有用于支撑卷筒的中心支撑构件（9），所述卷筒布置成被驱动单元驱动，所述卷盘组件的特征在于包括：从所述中心支撑构件延伸的径向支撑构件和缆线支撑设备；U形面向内的壳体，其连接到所述径向支撑构件的端部；以及管导引设备，其是可控的以便将所述硬质连续缆线有组织地布置到所述U形面向内的壳体内部。

本发明涉及一种用于处理和支撑在油田操作中所用类型的连续细长元件的设备。所述细长元件例如可以是复合材料管，复合材料管井下设备或工具附接到该复合材料管，由此所述设备和/或工具可进入油井或气井或者从油井或气井取出。所述设备包括卷盘组件，其用于支撑在油田服务操作中所用的连续复合材料管，其中，所述卷盘组件包括便携式机架。连续复合材料管的卷筒被中心支撑构件支撑在机架上，所述支撑构件则设置成随卷筒旋转。驱动单元将通过驱动联接器把旋转动力从机架传输到卷筒，以便在卷筒上解绕或缠绕连续复合材料缆线。

优选地，驱动单元设有齿轮传动装置。

在本发明的一个优选实施例中，缆线支撑设备连接到中心支撑构件。缆线支撑设备包括一个或多个臂，其中，所述臂通过其端部分别连接到中心支撑构件和鹅颈形部件。鹅颈形部件可布置成能围绕臂连接部旋转。此外，鹅颈形部件可设有多个滚子。

缆线支撑设备可以在卷筒的径向上是可控的，因为这会使得鹅颈形部件可在连续复合材料管上施加压力或负载。

为了能够控制连续复合材料缆线的缠绕和解绕，卷盘组件还包括安装到中心支撑构件的管导引设备。通过控制管导引设备，复合材料管可以整齐且有组织地布置穿过缆线卷筒。

因为连续复合材料缆线由于其在缠绕状态下的硬质特性而试图恢复其平直状态，故围绕卷筒的外围设置U形壳体。U形壳体可由三个片或板制成，这三个片或板以合适的方式彼此连接。后板将沿着卷筒1的轴线延伸，而两个凸缘垂直地布置在后壁上，由此形成U形壳体。U形优选地向内面向中心支撑构件。

卷盘组件还包括一个或多个回转接头联接器，其中这些联接器用于将连续复合材料管连接到流体源和/或流体排出装置（drain）。对于本领域技术人员来说，如何进行这一操作是显而易见的。

根据本发明，卷盘组件可包括保护结构，其中该保护结构是笼或框架。于是将机架和卷筒布置在保护结构中。这将便于卷筒的运输，也将保护卷筒免受外界影响。

保护笼或框架也可设置为可移除的，其中机架于是可安装到一对滑垫上，其中这种布置将便于卷盘组件的处理和操作。

为了在复合材料管进入油井或气井或者从其中出来的过程中保护连续复合材料管，在保护结构上安装保护管道，其中保护管道于是从保护结构延伸出来，越过导引设备，到达注射设备。

导引设备例如可以是鹅颈形部件。

保护管道可由复合材料制成；另外，它可以是完整的管道，或者它也可以设有在保护管道的整个长度上延伸的缝。

卷盘还可包括一个或多个液压缸，其中液压缸用于将卷筒连接到笼或框架。通过控制液压缸的位置，卷筒可相对于笼或框架运动。

应该理解，复合材料管可以是复合材料棒、具有/没有聚醚醚酮隔离物的复合材料加强的铜缆线、复合材料盘绕管、复合材料加强的光纤测量缆线等。

附图说明

概述了本发明的性质之后，下面将参照附图仅通过非限制性示例，对本发明进行进一步的阐述，在附图中： 

图1是盘绕管的透视图，其中盘绕管正被注入到井中以执行井干预操作；

图2是卷盘组件的透视图，该卷盘组件包含安置于机架内的卷筒；和

图3是卷盘组件的透视图，更详细地展示了连续缆线的卷绕。

在以下对优选实施例的描述中，相同的附图标记代表了相同的部件。

具体实施方式

图1显示了根据本发明的缆线卷盘组件的主要部件，其中所述组件可以置于海上漂浮结构或者岸上平台上。包含连续复合材料缆线22的缆线卷筒1安装在机架3上。连续复合材料缆线22从缆线卷筒1处被引导，越过半径控制器4，进一步朝向安装在井头6上方的注射设备5。半径控制器4例如可以是鹅颈形部件或者是轮。为了保护连续复合材料缆线22，连续复合材料管22被引导通过外部柔性保护管道2，其中，外部柔性管道2安装在机架3上，并从机架3延伸出来，越过半径控制器4，进入注射设备5。保护管道2因此将防止连续复合材料缆线22的弯曲，它还将防止流体或者油的泄漏等。

外部柔性保护管道2可被制成为完整管道，或者可被制成具有在保护管道2的整个长度上延伸的缝。 

注射设备5可被安装在井头6上方的升高平台（未显示）上，或者它也可以被直接安装在井头6的上面。

卷盘组件中的驱动系统（未显示）连同注射设备5一起，能够使连续复合材料管22进出井孔。

连续复合材料管22是一种复合材料缆线，其中组合的树脂--纤维外管环绕着特氟隆绝缘的导体/纤维。

现在参照图2，缆线卷盘组件包含缆线卷筒1，缆线卷筒1上缠绕着连续复合材料缆线22。缆线卷筒1被可操作地安装在机架3上。机架包含用于支撑驱动单元8的支撑腿7和缆线卷筒1绕之旋转的中心支撑构件9（不可见）。驱动单元8为缆线卷筒1提供旋转动力。机架3被安装在一对滑垫11上，使得它可以被方便地运输。可移除的笼框架12保护着缆线卷筒1以及机架3，并被安装在滑垫11上。至少一个液压缸10将缆线卷筒1与笼框架12连接，使得缆线卷筒1可以被调整以及倾斜。设置回转连接件，用来将连续复合材料管22连接到流体源或者流体排出装置（未显示）。

中心支撑构件9（也参阅图3）沿着缆线卷筒1的轴线延伸。

从图3可以看到，连续复合材料管22绕在缆线卷筒1内，而U形壳体14围绕缆线卷筒1的外围设置。U形壳体14被连接到径向支撑构件20，其中径向支撑构件在其相对侧连接到中心支撑构件9。U形壳体14由沿着缆线卷筒1的轴线延伸的后壁和两个垂直地布置在后壁上的凸缘构成，从而形成了U形壳体14。为了在缠绕或者解绕连续复合材料管22时将连续复合材料管22保持并控制就位，在缆线卷筒1中设置了至少3个缆线支撑设备15。这些缆线支撑设备15包含臂16，臂16在其一侧被安装到中心支撑构件9，而在其相对侧被安装到带有滚子18的鹅颈形部件17。鹅颈形部件17可以围绕其与臂16的连接部枢转。另外，管导引设备19被安装到中心支撑构件9，以便实现连续复合材料缆线2的正确卷绕。管导引设备19是可控的，以便连续复合材料管22以整齐有组织的方式布置穿过缆线卷筒1。

以上参照本发明的示例性实施例进行了描述。但是，在不偏离本发明范围的情况下，可对实施例进行修改或改变，本发明的范围仅由所附的权利要求限定和限制。

Claims (1)

1.一种用于支撑油田服务操作所用硬质连续缆线（22）的卷盘组件，包括：

便携式机架（3），具有用于支撑卷筒（1）的中心支撑构件（9），所述卷筒（1）布置成被驱动单元（8）驱动，所述卷盘组件的特征在于包括：

从所述中心支撑构件（9）延伸的径向支撑构件（20）和缆线支撑设备（16）；

U形面向内的壳体（14），其连接到所述径向支撑构件（20）的端部；以及

管导引设备（19），其是可控的以便将所述硬质连续缆线（22）有组织地布置到所述U形面向内的壳体（14）内部。

2. 根据权利要求1所述的卷盘组件，其中，所述便携式机架（3）连接到笼框架（12），所述卷筒（1）在所述笼框架（12）内布置成倾斜的。

3. 根据权利要求1所述的卷盘组件，其中，所述缆线支撑设备（16）包含鹅颈形部件（17）。

4. 根据权利要求3所述的卷盘组件，其中，所述鹅颈形部件（17）设有多个辊子（18）。

5. 根据权利要求1所述的卷盘组件，其中，回转接头联接器安装在所述卷筒（1）内并且联接到所述缆线（22）的第一端。

6. 根据权利要求2所述的卷盘组件，其中，所述笼框架（12）能从所述卷筒（1）和机架（3）移除。

7. 根据权利要求2所述的卷盘组件，其中，设置用于引导和保护所述缆线（22）的保护管道（2）安装到所述笼框架（12）。

8. 根据权利要求2所述的卷盘组件，其中，至少一个液压缸（10）将所述缆线卷筒（1）与所述笼框架（12）相连接，以便调节和倾斜所述卷筒（1）。

9. 根据权利要求1所述的卷盘组件，其中，所述驱动单元（8）设置有齿轮传动装置。

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