CN104302865A - 用于将管体运入和运离钻机的管架和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管架，用于将管体，特别是钻杆、套管、和/或钻柱部件如钻铤、钻探马达或类似部件，运入和运离用于深钻井工程的钻机，该管架具有基础体，至少一个托架，该托架设置为管体的运输和存储托架，多个管体成批放置在该托架内，该管架还具有提取装置，用于将管体从托架中取出和将管体送入托架，其特征在于，基础体具有至少两个接纳段，该接纳段用于接纳基本水平放置的托架，该托架在置入接纳段后为能够旋转的固定状态，并能够通过提升部件从水平方位转为垂直方位，管体能够通过提取装置单个地从托架中垂直地取走或安放，该提取装置能够沿基础体移至每个接纳段前。

Description

用于将管体运入和运离钻机的管架和方法

技术领域

本发明涉及一种管架，用于将管体，特别是钻杆、套管、和/或钻柱部件如钻铤、钻探马达或类似部件，运入和运离用于深钻井工程的钻机，该管架具有基础体，至少一个托架，该托架设置为管体的运输和存储托架，多个管体成批放置在该托架内，该管架还具有提取装置，用于将管体从托架中取出和将管体送入托架，本发明还涉及一种用于将管体运入和运离的方法。

背景技术

深钻井工程，例如为了开采石油和天然气或为了从地热中获取能量，会使用一种由钻柱驱动的钻孔工具，该钻柱由钻杆和钻柱部件，如钻铤、钻探马达或类似部件组成。在钻井进行过程中，在完成一定的钻井进展之后，必须为钻柱添加钻杆。这些钻杆是从外部运来的。为此在钻机旁设置有管架。

另外在深钻井工程中需要更换钻孔工具，这是由于钻孔工具磨损，或是由于因地质情况变化而需要另一种工具。更换钻孔工具必须将整个钻柱从钻孔中拆出，并在新钻孔工具设置好之后重新安装。为此，例如在大型钻机内，钻柱的钻杆分别两个或三个成一组同时拆出和安装，并且直立存放在钻机的钻塔内。若钻塔内的仓库已满，则必须将仍待拆出或安装的钻杆运离钻机。对于小型钻机则无将管子存放在钻塔内的可能，钻杆直接放置于管架内。

一个已知的实施方案为，设置管架在一个倾斜的平面上与钻机连接。钻杆在该倾斜面上通过起重设备运至钻机，随后通过该起重设备送入钻机内并进行安装。这一方法涉及大量的手工劳动和受伤风险。另外，钻机外部的钻杆储存空间伴随着巨大的钻探工地，这对于某些用途来说不是必然有利的。

另外对于海上设备来说也存在问题，即，这种钻机的钻桅可能不够大和坚固。对于用于勘探的钻机也是如此，这种钻机例如设置在桩脚式钻探平台或船舶上。这里存在的问题是，在钻机的钻桅内无法存放足够多的钻杆，并且在恶劣的天气情况下必须将钻杆运离钻机。特别是对于设置在突出的悬臂式平台上的钻机更是如此。

这也同样适用于能够移动的钻机。在此出于重量原因，至少在钻机滑行至下一钻点时，同样需要将钻杆置于钻机外部。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种管架，通过该管架能够使具有管体的钻机自动化，并能够以简单的方式，安全、快速地以低维修费用对钻机进行维护。

此外已证明，特别是对于处在受限情况下的钻机，例如勘探钻机，或对于钻点彼此间隔窄的钻机来说，在钻机中和考虑到存储地点的整个钻杆存储的过程，钻杆从存储地点至钻机的运入和运出，以及特别是与钻头的安装和拆卸有关的钻杆的存储，全都具有改进价值。因此本发明的另一目的在于，提供一种系统和方法，通过这种系统和方法能够以简单和安全的方式将钻杆运入和运离钻机，特别是处于空间受限的情况下。

根据本发明，该目的通过一种管架得以实现，在该管架中，基础体具有至少两个接纳段，该接纳段用于接纳基本水平放置的托架，该托架在置入接纳段后为能够旋转的固定状态，并能够通过提升部件从水平方位转为垂直方位，管体能够通过提取装置单个地从托架中垂直地取走或安放，该提取装置能够沿基础体移至每个接纳段前。

这里的有利之处在于，通过管架的结构，能够完全垂直地操纵该管架，这显著地简化了程序并节省了能源，因为并不是每个管体都必须从必要的垂直状态转为水平状态。

本发明的另一教导是，提升部件一边设置在基础体上，另一边设置在托架上。通过这种方式能够不需使用附加的提升设备如外部的起重机进行竖起作业。

本发明的另一教导是，提取装置具有垂直作用的提升部件，通过该提升部件能够抬起管体，其中该垂直作用的提升部件优选能够水平地从提取装置中伸出。通过这种方式能够安全地将单个管体从托架中取出。

本发明的另一教导是，提取装置具有水平作用的固定和/或抓取部件，其中该垂直作用的固定和/或抓取部件优选能够水平地从提取装置中伸出。由此能够实现更安全的垂直运输。

本发明的另一教导是，在接纳段中托架的下方设置接合区域，在该区域内提取装置能有效接合。已证明从下方的抬举能够特别简单和少维护地实现。

本发明的另一教导是，设置有控制装置，通过该控制装置能够控制管体的取出或添加，其中单个接纳段优选能够由该控制装置锁定。由此能够在运行过程中添加或提取托架。有利之处还在于，设置有多个接纳段，从而实现了连续的运行。

本发明的另一教导是，管架设置在轨道上，并能够与设置在接纳段内的托架一起滑行。

本发明的另一教导是，提取装置能够在接纳段前的接纳/移交位置和用于将管体转交给吊管机或使吊管机接收管体的交接/接收位置之间移动。由此实现了过程的自动化。

本发明关于方法的目的通过一种方法得以实现，其中管体成批放置在托架中，将托架基本水平地运至管架，并且以能够围绕水平转轴旋转的方式设置在管架的接纳段内，接着将托架在管架中从基本水平的位置抬至垂直位置并固定，通过提取装置分别将单个垂直的管体从垂直的托架中取出，并转交给吊管机，该吊管机再将管体运至钻孔区域。

本发明的另一教导是，设置有控制装置，其中优选将管体和/或托架记录在库存列表中，并特别优选由该控制装置监测该库存列表。

本发明的另一教导是，管体在运往钻孔地点之前在托架中成批放置。

本发明的另一教导是，管体由提取装置从下方抬起并从托架中取出。

本发明的另一教导是，借助于设置在管架上的提升部件，优选液压缸或齿杆，将托架从基本水平的位置抬至垂直位置。

附图说明

下面结合附图通过优选实施例对本发明进行详细说明。其中：

图1至图13结合根据本发明所述的方法的各步骤示出了根据本发明所述的管架。

具体实施方式

在钻孔地点10设置有各个钻点11。在钻点11上方设置有钻机12，该钻机设置在轨道13上以进行滑动。该钻机12为液压钻机并设置在低平板拖车14上。吊管机15设置为用于操作直立钻杆16。该吊管机15包括支架17，抓取单元18能够沿该支架垂直活动。该抓取单元18能够在钻孔范围19和管架21的交接点20之间摆动。

管架21包括设置在轨道23上的能够滑动的基础体22。在该基础体22的上方设置有接纳段24，各接纳段分别由垂直支架结构25限定出两个相对的侧面。该支架结构25在其上端具有接纳部26，在该接纳部内能够设置制动和旋转部件27。在管架21的远离钻机12的侧面28设置有接纳部29用以设置液压缸30。接纳段24在支架结构25之间朝向侧面28、31开放。

在靠近钻机的侧面31和钻机12的插入点32之间设置有提取装置33。该提取装置能够移动地设置在轨道34上。该提取装置包括基础部35，该基础部也包括轨道34上的行驶装置(未示出)。在基础部35上设置有支架36，在该支架的顶端设置有夹持单元37。在基础部35内设置有能够像望远镜一样伸缩抽出的悬臂38，在该悬臂的末端设置有提取部件39，该提取部件通过液压缸40垂直运动。

钻杆16设置在运输和存储托架41内。该运输和存储托架41包括两侧的框架42，在该框架上设置有制动和旋转部件27。框架42内部设置有放置部件43，该放置部件具有凹槽44，在该凹槽内放置有钻杆16。根据放置部件43的规格，在运输和存储托架41内部可放置一排或多排钻杆16。在运输和存储托架41的上侧51上设置有冲程档块45。在运输和存储托架41的下侧设置有接纳部46用于固定液压缸30。

运输和存储托架41由低平板拖车47运输。在此这样设置，即，将置于该低平板拖车上的运输和存储托架41对准管架21的接纳段24(图2)。接着将该运输和存储托架41推入支架结构25之间的接纳段24中。同时将分别设置在框架42外侧的制动和旋转部件27插入接纳部26中。这可在图3至图5中看出。当制动和旋转部件27位于接纳部26内的正确位置时，如图5所示，将制动器48通过接纳部26上的开口49插入该制动和旋转部件27中，并将该制动和旋转部件相对于接纳部26固定。接着将低平板拖车47开出，直至运输和存储托架41仍置于低平板拖车47上，而位于运输和存储托架41下侧的接纳部46已经露出。将液压缸30固定在该接纳部46和管架21的基础体22上的接纳部29之间。通过伸出液压缸30使运输和存储托架41绕制动和旋转部件27的旋转点50由水平转为垂直(见图7)。

接着或同时将多个运输和存储托架41送入管架21也是可能的。无论是因为腾空了托架而必须替换新的，或是由于装满了拆卸下来的钻杆而必须运走，则按照上述的相反顺序运走不需要的托架41。

图8示出了钻机12与管架21的背面。图8中的管架21具有六个接纳段24，各接纳段分别装有垂直放置的运输和存储托架41。为了能够将钻杆16从运输和存储托架41中取出，放置部件43相应地这样做好准备，即，钻杆通过移动，能够在该运输和存储托架的上侧51从运输和存储托架41中取出，该上侧在垂直位置为靠近钻机12的侧面。

为了从运输和存储托架41中取出钻杆16，将提取装置33移至接纳段24前方，从该前方可以取出钻杆16。在基础部35内设置有能够像望远镜一样伸缩抽出的悬臂38，将该悬臂水平抽出至钻杆16下端的下方。该悬臂38的外端具有提取部件39，该提取部件设置为能够与钻杆16的下端固定连接。如图9和图10所示，通过伸出连接提取部件39和悬臂38的液压缸40，将钻杆16抬起并离开放置部件。接着悬臂38重新收回并同时带动钻杆16从运输和存储托架41中移出。

在基础部35上设置有支架36，在该支架的顶端设置有夹持部件37。该夹持部件37也同样包括能够像望远镜一样伸缩抽出的悬臂38。该悬臂38的末端设置有抓取或固定部件52。该抓取或固定部件抓住钻杆16并保证钻杆在悬臂38收回的过程中停留在提取装置33中。图12示出了在提取装置33中的已提取的钻杆。接着沿轨道34将该提取装置运至交接点20，然后吊管机15以其抓取单元18在该交接点接收单个钻杆16，并例如通过一种向上并摆动的运动运至钻孔范围19。图13示出了移交给吊管机15的过程。提取装置33接着移至下一个应在此取出钻杆16的接纳段24。

为了有利于本方法的进程和适当的装配钻杆，以及保持钻杆的顺序，可对钻杆16进行相应的逻辑编码，并设置控制装置(未示出)，通过该控制装置记录并监测待安装或待拆除部件的正确选择，以确保正确的部件顺序。这也适用于作为钻孔内管道设置的套管的安装。

通过上述的方法能够实现全自动的钻探推进，因为整个所述的方法步骤都能够非人力进行。同时能够非集中地存储运输和存储托架41，因此在钻探工地只须为运进和运出运输和存储托架41设置很小的空间。也可以使用起重机或直升机替代低平板拖车47进行出入运输。

为到达钻孔地点10的下一个钻点11，钻机12能够与管架21一起滑行，该管架同样能够完全装载运输和存储托架41。对钻杆16的高成本的提取作业则因此没有必要。

附图标记说明

10          钻孔

11          钻点

12          钻机

13          轨道

14         低平板拖车

15         吊管机

16         钻杆

17         支架

18         抓取单元

19         钻孔范围

20         交接点

21         管架

22         基础体

23         轨道

24         接纳段

25         支架结构

26         接纳部

27         制动和旋转部件

28         侧面

29         接纳部

30         液压缸

31         侧面

32         插入点

33         提取装置

34         轨道

35         基础部

36         支架

37         夹持单元

38         悬臂

39         提取部件

40         液压缸

41         运输和存储托架

42         框架

43         放置部件

44         凹槽

45         冲程档块

46         接纳部

47         低平板拖车

48         制动器

49         开口

50         旋转点

51         上侧

           抓取/固定部件

Claims (13)

1.一种管架，用于将管体(16)，特别是钻杆、套管、和/或钻柱部件如钻铤、钻探马达或类似部件，运入和运离用于深钻井工程的钻机(12)，所述管架具有基础体(22)，至少一个托架(41)，所述托架设置为所述管体(16)的运输和存储托架，多个所述管体(16)成批放置在所述托架内，所述管架还具有提取装置(33)，用于将所述管体(16)从所述托架(41)中取出和将所述管体(16)送入所述托架(41)，其特征在于，所述基础体(22)具有至少两个接纳段(24)，所述接纳段用于接纳基本水平放置的所述托架(41)，所述托架(41)在置入所述接纳段(24)后为能够旋转的固定状态，并能够通过提升部件(30)从水平方位转为垂直方位，所述管体(16)能够通过所述提取装置(33)单个地从所述托架(41)中垂直地取走或安放，所述提取装置(33)能够沿所述基础体(22)移至每个所述接纳段(24)前。

2.根据权利要求1所述的管架，其特征在于，所述提升部件一边设置在所述基础体(22)上，另一边设置在所述托架(41)上。

3.根据权利要求1或2所述的管架，其特征在于，所述提取装置(33)具有垂直作用的提升部件(39)，通过所述提升部件能够抬起所述管体(16)，其中所述垂直作用的提升部件(39)优选能够水平地从所述提取装置(33)中伸出。

4.根据权利要求1至3的任意一项所述的管架，其特征在于，所述提取装置(33)具有水平作用的固定和/或抓取部件(52)，其中所述垂直作用的固定和/或抓取部件(52)优选能够水平地从所述提取装置中伸出。

5.根据权利要求1至4的任意一项所述的管架，其特征在于，在所述接纳段(24)中所述托架(41)的下方设置接合区域，在所述接合区域内所述提取装置(33)能有效接合。

6.根据权利要求1至5的任意一项所述的管架，其特征在于，设置有控制装置，通过所述控制装置能够控制所述管体(16)的取出和添加，其中单个所述接纳段(24)优选能够由所述控制装置锁定。

7.根据权利要求1至6的任意一项所述的管架，其特征在于，所述管架(21)设置在轨道(23)上，并能够与设置在所述接纳段(24)内的所述托架(41)一起滑行。

8.根据权利要求1至7的任意一项所述的管架，其特征在于，所述提取装置(33)能够在所述接纳段(24)前的接纳/移交位置和用于将所述管体(16)转交给吊管机(15)或使所述吊管机(15)接收所述管体(16)的交接/接收位置之间移动。

9.一种用于将管体(16)，特别是钻杆、套管、和/或钻柱部件如钻铤、钻探马达或类似部件，运入和运离用于深钻井工程的钻机(12)的方法，其中所述管体(16)成批放置在托架(41)中，将所述托架(41)基本水平地运至管架(21)，并以能够围绕水平转轴旋转的方式设置在所述管架(21)的接纳段(24)内，接着将所述托架(41)在所述管架(21)中从基本水平的位置抬至垂直位置并固定，通过提取装置(33)分别将单个垂直的所述管体(16)从垂直的所述托架(41)中取出，并转交给吊管机(15)，所述吊管机再将所述管体(16)运至钻孔区域。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，设置有控制装置，其中优选将所述管体(16)和/或所述托架(41)记录在库存列表中，并特别优选由所述控制装置监测所述库存列表。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述管体(16)在运往钻孔地点之前在所述托架(41)中成批放置。

12.根据权利要求9至11的任意一项所述的方法，其特征在于，所述管体(16)由所述提取装置(33)从下方抬起并从所述托架(41)中取出。

13.根据权利要求9至12的任意一项所述的方法，其特征在于，借助于设置在所述管架(21)上的提升部件(30)，优选液压缸或齿杆，将所述托架(41)从基本水平的位置抬至垂直位置。