CN104995370B - 径向夹持/密封系统和设有其的钻进系统，包括此种系统的钻机，和用于其的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于连续和/或半连续钻进钻孔的系统和相关联的方法，包括：‑第一固定的壳体；‑可旋转的壳体，其包括用于接纳钻柱的纵向开口；以及‑径向夹持系统，其配置成用于相对于可旋转的壳体在大体上径向的方向保持和夹持钻柱的内螺纹端；‑第一直接密封系统，其在使用中布置在钻管和可旋转的壳体之间；‑第二间接密封系统，其在使用中布置在可旋转的壳体和固定的壳体之间；‑机械的和/或液压的传动装置，其配置成用于径向地激活径向夹持系统；以及‑第一驱动器，其配置成用于使可旋转的壳体与钻柱一起旋转。
Description
本发明涉及用于钻进系统的径向夹持/密封系统，该钻进系统用于(半) 连续的钻进钻孔。这样的钻进系统在与海上或陆上的油和气生产有关的勘探钻进和生产钻进中使用。
常规的钻进系统以方钻杆驱动(Kelly-drive)旋转方法为基础。该方法在实践中被良好地接受。在该方法中钻机的顶部连接至悬挂在动滑轮中的转环。该动滑轮通过钢缆悬挂至在所谓的井架的顶部处的定滑轮。提升系统用于升高和下降钻柱并且用于在钻进期间改变钻头上的重量。钻井液经过鹅颈管进入转环。在转环的下部分中的轴承允许方钻杆和钻柱旋转，同时转环的另一个部分保持固定。所谓的方钻杆节段设置在钻柱的顶部和转环之间。方钻杆的外表面用于把转矩施加到钻柱上并且可以具有各种形状，包括正方形和六边形的形状。方钻杆节段能够竖直地移动穿过匹配的衬套，衬套把旋转功率传输至方钻杆。该衬套被锁定入被液压地或电气地供能的回转台中。当需要新的钻管或钻管段时，方钻杆需要从钻柱分离连接并且必须连接至新的节段，在这之后该新的管段连接至钻柱。因此，由螺纹连接部连接至钻柱的顶部的方钻杆执行用于钻进操作的全部所需要的功能。这种断开连接和再连接在现场需要另外的劳动并且导致操作的停顿。
另一个常规的系统使用顶部驱动器旋转钻进方法。在该方法中顶部驱动器由螺纹连接部/套管轴连接至钻柱的顶部。顶部驱动器用于旋转，施加转矩和吊起钻柱。此外，钻井液可以注射入到钻柱中。在需要新的管段的情况下顶部驱动器需要被断开连接，并且作为下一个步骤，需要被连接至新的管段。在把新的管段连接至钻柱之后，可以继续钻进操作。
除了与在现场需要另外的劳动和在新的管段的连接期间操作的停顿相关联的问题之外，在这样的停顿期间可能发生其它的问题。例如，钻柱由于停顿可能在钻孔中卡住。此外，在新的管段的连接期间钻井液的中断限制了对井下压力和掉落的岩屑的控制。例如，这些问题限制了能够被勘探油和气的岩层的区域和类型。
WO 2011/093716公开了使用连续的工具旋转和连续的流体供应用于钻进的装置和方法。该发明包括顶部驱动的钻孔机和布置在顶部驱动的钻进机和钻孔之间的第二钻孔机。该第二钻孔机沿着导轨是竖直地可运动的并且包括能够承担钻柱的重量的转台以及用于钻柱的连续旋转的旋转驱动单元。流体室由直接地把钻管与固定的第二钻进壳体密封在一起的压力密封件密封。由于钻井液压力、钻管表面的粗糙度和钻管段相对于管密封至其上的固定的壳体在径向和轴向方向的相对运动，密封腐蚀和寿命是挑战性的。此外，该文献描述了多边形的驱动管段的使用以用于执行把转矩施加至钻柱的功能，这需要非标准的钻管段。
US 2739790描述了旋转油井钻进设备。其由驱动的可旋转的壳体组成，驱动的可旋转的壳体放置在固定的壳体中。在可旋转的壳体中夹持系统能够夹持钻柱，使得其相对于可旋转的壳体在径向方向被固定。该装置能够联接和脱离钻管段，然而，流体注射必须使用另外的装置来完成。该设备不适合使用流体注射的连续的钻进。
WO 99/51852描述了放置在海床上的井口处的水下分流器和旋转钻头的发明。该发明使用了在分流器壳体组件的顶部上在漏斗形校直承口中的安装期间下降的上壳体。在操作期间钻柱竖直地移动穿过主要的密封系统和辅助的密封系统二者，从而导致密封腐蚀。该设备不能够吊起钻柱或不能够联接和/或脱离钻管段。
US5178215公开了旋转防喷器，其适合于与方钻杆和高架驱动机构二者一起使用，高架驱动机构具有带有环形的密封系统的可旋转的壳体，环形的密封系统设计成用于以使得钻管的竖直运动在操作期间保持可能的方式把钻管与可旋转的壳体一起密封。该防喷器不适合于吊起钻柱或不适合于联接和/或脱离钻管段。
US6315051公开了连续的循环钻进方法的发明。该发明包括使用位于彼此上方的多个密封系统的方法，该多个密封可以交替地把钻管段与周围的壳体一起密封。在US6591916中公开了基于所描述的连续的循环钻进方法的在技术上更详细的发明。该连续的循环系统本身不旋转、施加转矩或吊起钻柱，而是纯粹地集中于钻井液的连续的循环和注射。其它的功能由外部的现有的钻进系统例如转盘卡瓦和动力大钳执行。因为密封在轴向方向被固定，所以在联接和脱离期间，粗糙的钻管相对于密封在轴向和径向方向运动，导致密封腐蚀。
所描述的设备提供了用于连续钻进系统的设计的部分的解决方案。然而，由于密封设计，其必须对付相对于密封移动并且侵蚀密封的粗糙的钻管表面，这些常规的设备和方法将仍然经历比较大的密封腐蚀和低的密封寿命。一些常规的设备甚至需要使用定制的多边形的管段，以便代替标准的圆形的管段来发挥作用，并且它们中的一些将需要用于执行钻进功能中的一个或多个的另外的设备，这限制了在钻台上的空间。上文的系统中没有一个能够以这样的方式，即使用标准钻管设备并具有高的密封寿命使得连续的钻进和连续的起下钻(tripping)是可能的方式组合主要的钻进功能。
对于起下钻过程，当钻柱必须从钻井孔被拉出来时，相似的问题随着该技术产生。
本发明为了其的目的必须消除或至少减少以上陈述的问题。本发明提供了用于钻进系统的径向夹持/密封系统，根据本发明的钻进系统用于连续和/或半连续地钻进钻孔，该钻进系统包括：
-第一固定的壳体；
-可旋转的壳体，其包括用于接纳钻柱的纵向开口；
-径向夹持系统，其配置成用于相对于可旋转的壳体在大体上径向的方向保持和夹持钻柱的内螺纹端；
-第一直接密封系统，其在使用中布置在钻管和可旋转的壳体之间；
-第二间接密封系统，其在使用中布置在可旋转的壳体和固定的壳体之间；
-机械的和/或液压的传动装置，其配置成用于径向激活径向夹持系统；以及
-第一驱动器，配置成用于使可旋转的壳体与钻柱一起旋转。
为了在地下中钻进钻孔，需要执行四个主要的功能，这四个主要的功能是吊起钻柱，旋转钻柱，把转矩施加至钻柱以及把钻井液注射入钻柱中。钻头上的重量由吊起功能调节，并且为了钻进穿过岩层，需要一定的旋转速度和转矩。最后，钻井液把岩屑运输至表面，在井中提供一定的液体静学压力并且润滑和冷却钻头。为了设计钻进系统，该系统必须至少能够执行这些功能。
当使用根据本发明的系统钻进钻孔时，所有的四个基本的钻进功能以使得连续和/或半连续钻进是可能的方式实现。本发明能够吊起和旋转钻柱的以及施加转矩和连续注射钻井液。本发明的一个另外的优点是由于本发明的相对于其它发明和常规钻进设备的紧凑性，该系统在目前的钻机上是可安装的并且提供在到达钻台之前的更多的用于钻进的空间。
通过使至少第一夹持工具在钻柱的大体上径向的方向夹持和保持钻柱的内螺纹端使得钻柱的上端部对于其它的设备是可接近的，包括另外的管段的定位，使用连续的钻井液注射，实现了连续的或半连续的/接近连续的操作。通过在径向方向，而不是在其上端部夹持钻柱，不需要用于另外的钻管段的连接的停顿。常规的系统需要用于吊起钻柱的轴向的(有螺纹的)连接部，使得需要具有上文提到的问题的停顿，本发明消除或至少减少了该问题。
根据本发明的系统能够连续的钻进和连续的起下钻，同时消除常规的钻进方法的上文提到的缺点。优选的系统能够以使得使用连续的流体注射的连续的钻进是可能的方式执行所有的四个主要的钻进功能。
因此在根据本发明的一个目前优选的实施方案中，所有的钻进功能将从径向方向被执行以能够连续的钻进。固定的壳体连同可旋转的壳体能够把钻柱与钻头一起吊起使得钻柱的整个的重量被支撑。钻柱由一个或两个或甚至更多个驱动器旋转，其中至少一个与可旋转的壳体相关联的驱动器是从旋转方向作用至钻柱上的旋转驱动器。钻柱的支撑可以通过夹持工具实现。在一个目前优选的实施方案中，夹持工具包括彼此配合的夹持件和支撑件。
根据本发明可旋转的壳体包括在钻柱和可旋转的壳体之间的第一直接密封，和在可旋转的壳体和固定的壳体之间的第二间接密封。直接密封在此界定为直接地密封钻管段，而间接密封界定为不直接地密封钻管段，而是密封例如的确直接地密封钻管段的辅助壳体。
密封功能由可旋转的壳体和固定的壳体之间的间接密封执行。第一直接密封抵靠共同地旋转的钻柱或管段密封该可旋转的壳体。这使密封功能的最优设计成为可能，而没有钻柱或管段的束缚。例如，密封工具的表面区域可以被设计用于最优的密封，使得钻柱的相对粗糙的表面也可以被密封。也由于该优选的密封方法，与常规的解决方案对比，密封腐蚀被最小化。在根据本发明的一个优选的实施方案中，在钻管和可旋转的壳体之间的密封是径向密封，该径向密封由围绕其的一圈柔性材料激活。该一圈柔性材料优选地是可变形的但是不是可压缩的并且在一个可选择的实施方案中可以由液压流体代替。该一圈柔性材料由外圆形壁和上壁锁定在可旋转的壳体内部。当压力施加在该圈柔性材料的下侧上时，柔性材料将变形。由于围绕的壳体，其将在径向方向激活第一直接密封。该激活优选地结合夹持系统和支撑系统的激活系统。
在一个目前优选的实施方案中，钻进系统包括轴向支撑系统，轴向支撑系统配置成用于在钻管的倾斜的区域上纵向地固定钻柱。根据本发明的一个目前优选的实施方案，钻柱优选地支撑在升降机肩部处。该升降机肩部是钻柱的可以由支撑工具支撑的倾斜的节段。
在一个目前优选的实施方案中，第一直接密封和/或第二间接密封包括密封件。密封件的使用能够集成设计夹持件和密封件。
在一个另外的优选的实施方案中，第一密封和/或第二密封包括多个子密封。通过提供子密封，以相当渐进的方式处理较高的压力是可能的。串联地放置的多个子密封共同提供密封功能。这减少了在一个单独的子密封上的约束。
在根据本发明的一个有利的优选的实施方案中，第一夹持工具包括多个夹持件，该多个夹持件在至少径向方向相对于彼此移动以夹持和松开钻柱或管段。
通过由多个可分离的夹持件例如两个或四个夹持件提供夹持工具，夹持工具可以被分离以释放钻柱或管段。这能够围绕钻柱或管段容易地定位夹持工具。支撑工具可以优选地也由多个可分离的支撑件提供，从而提供相似的优点。在一个目前优选的实施方案中，夹持工具和支撑工具由三个夹持件和三个支撑件组成，从而确保钻管在旋转壳体内部的径向固定和居中。
此外，通过提供具有夹持件的夹持工具，夹持功能和密封功能可以被分离。夹持件直接地夹持钻柱或管段。夹持件在钻进操作期间与钻柱一起旋转。这能够最优地设计夹持件。
机械传动装置优选地包括把夹持件的轴向运动转换为径向夹持运动的杠杆系统。通过提供杠杆，作用在钻柱上的夹持力可以被控制。在一个目前优选的实施方案中，杠杆设置有杠杆臂以增加作用在钻柱或管段上的力。
在一个可选择的实施方案中，传动系统通过放置在套管中的柔性材料的轴向压缩激活夹持系统。由于柔性材料和套管的轴向压缩，该轴向压缩转换为径向运动，该径向运动被用于激活夹持系统。在另一个可选择的实施方案中，机械传动系统包括齿轮传动装置，其中在可旋转的壳体中的夹持系统通过齿轮激活，齿轮中的第一激活齿轮位于固定的壳体中。
在又一个可选择的实施方案中，机械传动系统由液压传动系统代替，其中夹持系统的激活通过从固定的壳体穿过在径向方向被密封的流体室流至可旋转的壳体的流体压力激活。
在又一个可选择的实施方案中，夹持工具由电致动系统或磁性致动系统激活。
在一个目前优选的实施方案中，传动系统也激活支撑系统和在钻管和可旋转的壳体之间的第一直接密封系统。
在一个可选择的实施方案中，夹持机构由来自夹持件和升降机肩部之间的相互作用自动地激活。这排除了对用于激活夹持力的分离的控制系统的需要。夹持力由支撑衬垫激活，使夹持力使得转矩可以被传递至钻柱，并且优选地密封也被自动地激活。可选择地，或组合地，外部系统被用于提供另外的夹持力。通过提供杠杆使得夹持力在轴向操作负荷的作用下增大，这有助于系统的总体的安全性。
在根据本发明的一个另外的有利的优选的实施方案中，钻进系统的第一夹持工具和/或第二夹持工具包括能够处理不同的钻柱直径/尺寸的插入物。
通过切换和/或移除/添加插入物，插入物的使用能够在一定管尺寸范围内应用根据本发明的钻进系统。管尺寸的范围可以涉及不同的管直径、不同的升降机肩部角度等等。提供插入物增加了系统的灵活性以处理不同的管直径/尺寸，而不需要该系统的结构改变。优选地，插入物的使用与可释放的和/或可更换的内部密封或第一密封结合以能够处理不同的管直径。
在一个可选择的实施方案中，夹持工具、支撑工具和密封系统可以构造成使得也能够处理多边形的管段。
在一个可选择的实施方案中，夹持工具、支撑工具和密封系统可以构造成使得也能够根据本发明的钻进系统进行套管井钻进。
本发明还涉及用于连续和/或半连续钻进钻孔的钻进系统，包括如上文描述为第一夹持工具的径向夹持系统，并且还包括：
-第二可旋转的壳体，该第二可旋转的壳体包括：
-第二固定的壳体，其中在使用中可旋转的壳体被轴向地固定；
-径向夹持系统，其配置成用于相对于可旋转的壳体在大体上径向的方向保持和夹持钻管的外螺纹端；并且
其中第二固定的壳体在第一固定的壳体内是纵向地可运动的并且包括在第一固定的壳体和第二固定的壳体之间的第三密封系统。
在根据本发明的一个优选的实施方案中，第一可旋转的壳体和第二可旋转的壳体在第一固定的壳体中优选地位于彼此上方，该系统还优选地包括：
-分离的密封系统，其配置成用于在第一可旋转的壳体和第二可旋转的壳体之间产生两个压力室；以及
-在第一固定的壳体中的径向定位的流体入口，其配置成用于调节前述所产生的流体室中的流体压力。
提供两个分离的驱动器能够用一个驱动器旋转钻柱，同时另一个驱动器连接至另一个管段。这优选地使用于钻进钻孔的连续钻进系统或至少半连续的或接近连续的钻进系统成为可能。提供两个分离的驱动器省略了钻进操作的用于连接新的管段的非期望的停顿。更具体地，根据本发明的系统能够也在连接和断开连接期间执行所需要的功能。这使更快的钻进过程成为可能并且允许钻井液的连续的循环，从而导致井下压力的改进的控制，使得可以钻进地下结构的更困难的岩层，并且钻井岩屑未掉落至钻孔的底部。
根据本发明的系统的一个优选的实施方案，在第一固定的壳体内部的第一可旋转的壳体和第二可旋转的壳体能够在钻管段的联接和脱离期间连续执行吊起、旋转、施加转矩和注射钻井液功能，使得连续的钻进和起下钻是可能的。对于联接过程，钻柱由支撑工具支撑在下部的第一可旋转的壳体中，在这之后其在钻管的内螺纹端处由夹持工具夹持。然后钻柱由第一直接密封系统密封并且在两个可旋转的壳体之间的分离的密封系统被关闭，使得钻井液可以注射到所产生的下部流体室中。在该过程期间，下部的可旋转的壳体旋转并且把转矩施加至钻柱，使得钻进继续。第二可旋转的壳体在外螺纹端夹持新的钻管段，外螺纹端由第一直接密封系统密封至第二可旋转的壳体。流体压力在上部流体室中增大，直到在上部流体室和下部流体室之间不具有压力差。在此时，分离的密封打开，在这之后第二可旋转的壳体旋转新的管段。第二可旋转的壳体现在第一固定的壳体内下降，使得新的管段的外螺纹端接触钻柱的内螺纹端，在这之后二者被联接。联接转矩由可旋转的壳体施加并且当该联接完成时，流体注射由来自顶部驱动器的被连接至新附接的钻管段的上端部的注射系统接管。
在一个目前优选的实施方案中，在两个可旋转的壳体之间的分离的密封系统包括柱塞密封系统，其中两个液压激活的柱塞密封部密封固定的壳体中的流体室。在一个可选择的实施方案中，分离的密封系统包括连接至第二可旋转的壳体的密封系统。该密封系统当固定的壳体中的钻井液压力等于新的钻管段中的钻井液压力时打开。密封系统的打开构造成使得密封系统不阻挡第二可旋转的壳体的竖直运动，从而使钻柱的内螺纹端和新的管段的外螺纹端之间的连接成为可能，同时连续地执行主要的钻进功能，包括流体注射。
在一个目前优选的实施方案中，柱塞密封包括在密封的顶部侧的柔性材料，新的钻管段的外螺纹端在柱塞密封关闭时在联接之前可以安置在柔性材料上。这在第二可旋转的壳体中能够精确地纵向对准新的管段并且减少在外螺纹端处的钻管损伤。
在另一个目前优选的实施方案中，两个用分离的密封系统分隔的流体室包括流体和气体入口和流体和气体出口。这些入口优选地定位在流体室中，使得当使用钻井液填充流体室时没有气体留在流体室中。在另一个方面，当排空流体室时流体入口可以用作出口并且定位成使得所有的流体从室被移除。向流体室提供多个和/或分离的流体和气体入口和流体和气体出口也是可能的。
在一个目前优选的实施方案中，齿轮箱用于使用一个驱动器执行第一可旋转的壳体和第二可旋转的壳体二者的旋转功能。该齿轮箱设计成使得在钻进操作期间可以连续地执行旋转功能，这意味着同样在竖直移动第二可旋转的壳体以用于联接或脱离钻管段期间，第一可旋转的壳体和第二可旋转的壳体二者都被旋转。
本发明还涉及包括钻机，钻机包括如上文描述的用于钻进钻孔的具有第一固定的壳体的连续和/或半连续钻进系统，钻进系统包括如上文描述的第一可旋转的壳体和第二可旋转的壳体，该钻机还包括；
-顶部驱动器；以及
-导轨，其能够在顶部驱动器下方在钻柱的轴向方向上平移固定的壳体，
其中上述的系统被安装在钻机上。
在第一驱动器包括第一夹持工具并且第二驱动器包括常规的驱动器系统例如所谓的顶部驱动器的情况下，第一驱动器旋转钻柱。可旋转的壳体直接地接合钻柱并且以相同的旋转速度旋转。当钻柱的上端部与可旋转的壳体一起到达工作平台或钻机的其它的结构件时，顶部驱动器连接新的管段。在顶部驱动器的情况下，这涉及螺纹连接部。第二驱动器可以在另外的管段连接至钻柱之后旋转钻柱持续一段时间。第一驱动器和可旋转的壳体被再定位。在第一夹持工具开始夹持钻柱之后，第一驱动器再次地从第二驱动器接管旋转钻柱的功能。第二驱动器然后是可用的以用于提供进一步的另外的管段。这使连续的或半连续的钻进操作成为可能。
在一个目前优选的实施方案中，安装在钻机上的用于顶部驱动器的导轨也被用作用于钻进系统的引导工具。
钻进系统的一个可选择的实施方案可以包括可分割的钻进系统，其包括可以在径向方向远离钻柱运动的两个或更多个主要部件，使得钻进系统可以远离钻柱运动。
一个可选择的实施方案的钻进系统可以利用所谓的“两手轮换 (hand-over-hand)”的方式。第一可旋转的壳体的第一驱动器旋转钻柱。当钻柱的上端部同与第一驱动器相关联的第一可旋转的壳体一起到达工作平台或钻机的其它的结构件时，与第二夹持工具相关联的包括第二可旋转的壳体的第二驱动器定位另外的管段。在另外的管段连接至钻柱之后，第二驱动器可以旋转钻柱。第一驱动器然后是可用的以用于提供进一步的另外的管段并且把该管段定位至钻柱。优选地在钻柱的上端部与第二驱动器的第二可旋转的壳体一起到达工作平台或钻机的其它的结构件之前，该另外的管段连接至钻柱。这使连续的或半连续的钻进操作成为可能。这通过由可旋转的壳体相对于钻柱在大体上径向的方向执行密封、支撑和旋转功能来实现。在本发明的一个实施方案中，夹持工具包括可以彼此分离以能够相对于钻柱或管段再定位夹持工具的部件或节段。该“两手轮换”钻进方法途径包括可分割的钻进系统。
优选地，引导工具配置成使得第一夹持工具或第二夹持工具中的至少一个能够通过在具有大体上径向的分量的方向上执行该夹持使另外的管段定位在钻柱上。甚至更优选地，第一夹持工具和第二夹持工具二者都能够把另外的管段定位在钻柱上。在该后一个情况下，可以实现用于保持和驱动钻柱的所谓的“两手轮换”系统。在这样的系统中，第一驱动器和第二驱动器二者都从径向方向作用至钻柱上并且相对于钻柱的大体上径向的方向执行密封、支撑和旋转的有关功能。第一驱动器和第二驱动器可以在位置上改变，使第二驱动器用于把新的管段放置在钻柱上。优选地，在这样的实施方案中第一夹持工具和第二夹持工具二者都与分离的可旋转的壳体相关联，使得第一驱动器和第二驱动器可以优选地被分离。
本发明还涉及包括如上文描述的钻进系统的钻机。这样的钻机提供了与对于钻进系统描述的相同的效果和优点。
本发明进一步还涉及一种用于连续和/或半连续钻进钻孔的方法，该方法包括提供根据本发明的钻进系统。优选地，该方法包括以下步骤：
-注射钻井液并且使用顶部驱动器旋转钻柱，在使用中在井架的顶部处开始并且向下运动，其中连续钻进系统被停用使得钻柱移动穿过纵向开口；
-把连续钻进系统与钻柱一起夹持到顶部驱动器连接部，使第一可旋转的壳体夹持、密封和支撑钻柱的内螺纹端并且第二可旋转的壳体夹持和密封顶部驱动器的外螺纹端，并且执行所述钻进功能；
-连续钻进系统接管以下功能：吊起钻柱，使用第一可旋转的壳体旋转钻柱并且把转矩施加至顶部驱动器的钻柱，使用具有等于由顶部驱动器注射的钻井液压力的钻井液填充在第一可旋转的壳体和第二可旋转的壳体之间的流体室；
-第二可旋转的壳体脱离钻柱和顶部驱动器之间的连接部，在其之后分离的密封系统的密封被激活，钻井液注射由钻进系统接管，并且经由顶部驱动器的钻井液注射被停止；
-把钻井液从上部流体室移除，第二可旋转的壳体在顶部驱动器的外螺纹端上停用夹持和密封功能，并且顶部驱动器连接至新的管段；
-把新的管段插入连续钻进系统中，并且第二可旋转的壳体夹持和密封新的管段的外螺纹端，使用具有等于由钻进系统注射的钻井液压力的钻井液填充上部流体室；
-停用分离的密封系统并且第二可旋转的壳体旋转新的钻管段，其中钻井液注射由顶部驱动器接管并且停止经由钻进系统的钻井液注射；
-联接钻柱和新的钻管段，同时第一可旋转的壳体仍然在执行以下功能：吊起钻柱，旋转钻柱并且把转矩施加至钻柱，并且在完成之后把钻井液从流体室移除；以及
-除了钻井液的注射之外，顶部驱动器还接管以下功能：吊起钻柱，旋转钻柱并且把转矩施加至钻柱，并且钻进系统停用夹持、密封和支撑工具。
这样的方法提供与对于钻进系统和/或钻机描述的相同的效果和优点。根据本发明的方法优选地使钻进和起下钻的连续的或半连续的或接近连续的操作成为可能。这通过在很大程度上在大体上径向的方向上执行上文描述的不同的功能来实现。这可以涉及旋转驱动器的使用，在大体上径向的方向夹持钻柱和/或管段以及提供定位在距钻柱的一定的径向距离处的间接密封。
此外，本发明还涉及用于在优选地连续地注射钻井液的同时连续和/ 或半连续起下钻的方法，其提供如上文描述的系统。该方法在起下钻期间提供增加的井下压力控制的优点。该方法还优选地包括以下步骤：
-在钻台开始，把钻进系统向上地运动，并且在上部的内螺纹端旋转、密封和吊起钻柱，并且注射钻井液，其中顶部驱动器在井架中位于钻柱上方并且插入已停用的第二可旋转的壳体中；
-连续钻进系统使用第二可旋转的壳体夹持和密封顶部驱动器的外螺纹端，使用具有等于由连续钻进系统注射的钻井液压力的钻井液填充上部流体室；
-打开分离的密封并且旋转顶部驱动器的外螺纹端，第二可旋转的壳体在第一固定的壳体中向下地运动，从而能够联接顶部驱动器和钻柱，并且停止来自钻进系统的钻井液注射并且由顶部驱动器接管；
-由顶部驱动器接管吊起和旋转钻柱的功能并且停用第一可旋转的壳体和第二可旋转的壳体的夹持、支撑和密封工具；
-使钻进系统向下地运动至跟随的钻管连接部，并且第一可旋转的壳体夹持、支撑和密封连接部的内螺纹端，同时第二可旋转的壳体夹持和密封连接部的外螺纹端；
-由钻进系统从顶部驱动器接管吊起和旋转钻柱的功能，并且使用具有等于由顶部驱动器注射的钻井液压力的钻井液填充流体室；
-第二可旋转的壳体传送启动转矩以使钻柱和上部的钻管段的脱离成为可能，关闭分离的密封并且由钻进系统接管注射钻井液的功能；以及
-把钻井液从连续钻进系统中的上部流体室移除，第二可旋转的壳体在顶部驱动器的外螺纹端上停用夹持和密封功能，并且顶部驱动器再定位已脱离的管段。
此外本发明还涉及用于(半)连续的起下钻而不连续地注射钻井液的一个可选择的实施方案。与上文的方法相比，因为不需要在顶部驱动器和钻柱之间的螺纹连接部，该方法提供增加的起下钻速度的优点。用于起下钻而没有循环的该方法包括：
-顶部驱动器使用升降机把钻柱从钻孔举升出来直到至少两个管段处在钻台上方；
-由第一可旋转的壳体和第二可旋转的壳体分别地刚好在钻台上方夹持管段连接部的内螺纹端和外螺纹端；
-第二可旋转的壳体传送启动转矩以脱离上部的钻管段；
-顶部驱动器举升并储存已脱离的管段，钻进系统接管转盘卡瓦的吊起功能并且把钻柱进一步从钻孔举升出来；
-把钻柱支撑在钻台上的转盘卡瓦中并且把钻进系统向下地运动至钻台；
-使用升降机把顶部驱动器再定位在钻柱上方并且把顶部驱动器连接于钻柱的上部的管段；以及
-顶部驱动器接管连续钻进系统的吊起功能。
在一个目前优选的实施方案中，本发明包括控制系统，该控制系统能够使用钻进系统自动化操作上文描述的方法中的一个或多个。
当周期性地钻进钻孔时，需要另外的管段。使用或不使用流体注射，用于连续钻进的所描述的方法和用于连续起下钻的所描述的方法，也可以通过一次添加或移除多于一个的钻管段来执行。本发明的另外的优点、特征和细节将根据其优选的实施方案来说明，其中参照了附图，在附图中：
-图1A-B示出了根据本发明的具有钻进系统的钻机的示意图；
-图2A-C示出了接触钻柱的固定的壳体和可旋转的壳体的示意图；
-图3A-B示出了在夹持和松开状态中的夹持功能；
-图4A-D示出了壳体的部件；
-图5示出了可旋转的壳体的侧视图；
-图6示出了根据本发明的连续钻进系统的示意图；
-图7示出了接触钻柱的固定的壳体和可旋转的壳体的示意图；
-图8A-C示出了第一可旋转的壳体、分离的密封系统和第二可旋转的壳体的示意图；
-图9A-C示出了第一可旋转的壳体的夹持、密封和支撑工具；
-图10A-B 示出了第二可旋转的壳体的夹持和密封工具；
-图11A-D示出了在激活的不同的状态中的连续钻进系统的示意图；
-图12A-E示出了根据本发明的用于连续钻进钻孔的方法的示意图；
-图13A-C示出了根据本发明的用于起下钻而没有连续的循环的方法的示意图。
钻机2(图1A)包括具有工作平台/工作台6的钻进系统4。钻柱8具有一个定位在钻孔12中的端部以及具有另一个连接至钻头14的端部。管段10将与钻柱8连接以能够向前移动管8进入钻孔12。在图示的实施方案中，在图示的状态中与钻柱8的顶部接触的第一驱动器16与第一固定的和可旋转的壳体构造18相关联。
构造18包括用于连接至构造18的第一夹持工具20，第一夹持工具 20连接至钻柱8。第一引导工具22能够以大体上的竖直方向轴向地定位径向的钻进驱动器16。具有第二夹持工具26的第二驱动器或顶部驱动器 24，例如具有螺纹连接部的顶部驱动器，在图示的实施方案中连接至待连接至钻柱8的管段10。第二引导工具28能够以大体上地允许与第一驱动器16配合的方向定位驱动器24。
流体供应系统30把钻井液供应至钻进系统4，并且在图示的实施方案中特别地供应至驱动器16。另一个驱动器也可以包括流体供应系统。流体供应系统30包括第一流体室和第二流体室32、34。流体供应系统30可以是任何常规的和/或市售的流体供应系统。
当钻进钻孔12时，钻进系统4使用钻头14在地下岩层中向前移动钻柱8。钻柱8由第一夹持工具20连接至径向钻进装置16并且可以由第一驱动器16旋转。在该实施方案中，钻柱8可以由第一驱动器16旋转，同时第二驱动器24连接至待连接至钻柱8的另外的管段10。在把管段10连接至钻柱8之后第二驱动器24开始旋转钻柱8。在下一个步骤中，第一驱动器16在轴向方向上远离钻台重新定位。当轴向钻进装置邻近钻台时，所以需要新的管段，径向钻进装置连接至钻柱8的顶部。在再次地在新的位置夹持钻柱8之后，第一驱动器16接管该旋转。第二顶部驱动器已准备好得到在钻柱8向前移动进入钻孔12中时也需要连接至钻柱8的另外的管段10。
另一个实施方案钻机42(图1B)包括可选择的钻进系统44。系统44 包括第一固定的和可旋转的壳体构造18相关联的第一驱动器16，壳体构造18包括第一夹持工具20。在该实施方案中，第二驱动器46与包括第二夹持工具50的第二固定的和可旋转的壳体构造48相关联。在图示的实施方案中，钻进系统44设置有用于第二构造48的第二流体供应系统52。第一构造18由引导工具22引导，而第二构造48由第二引导工具54引导。当钻进钻孔12时，可选择的钻进系统44使用钻头14在地下岩层中向前移动钻柱8。在系统44中第一构造和第二构造18、48利用可分割的钻进系统以被称为“两手轮换”的方式接管。首先，钻柱8由第一构造18支撑。当构造18即将到达平台6时第二构造48定位管段10并且把段10连接至钻柱8。第一构造18释放或换言之松开并且第二构造48接管夹持和旋转功能。然后第一构造18准备好得到进一步的另外的管段10。
构造18、48(图2A-C)包括可分割的钻进系统，可分割的钻进系统包括固定的壳体56和可旋转的壳体58。可旋转的壳体58使用第一轴承和第二轴承60、62相对于固定的壳体旋转。可旋转的壳体58使用齿轮64 由第一驱动器16旋转。在该实施方案中，驱动器16是所谓的旋转驱动器。当升降机肩部48与支撑元件84的插入物98接触时夹持元件86被支撑元件84激活并且该重量由构造18支撑。另外的夹持力可以通过在轴向方向 A移动夹持致动器68产生。
在图示的实施方案中，机构66包括具有铰链72的第一连杆70，铰链 72连接至第二连杆74。第二连杆74臫铰链76连接至第三连杆78。在上部分第三连杆78用铰链80连接至第四连杆82。第一支撑元件84支撑钻柱8。第四连杆82连接至夹持元件86。夹持元件86通过杠杆90和联接元件92、94在功能上连接至第一支撑元件84。连同机构66，夹持元件84、 86建立了第一夹持工具96。
当钻柱8在夹持元件84上在插入物98处提供向下的轴向力时，杠杆 90意图围绕接合部或铰链100旋转，第二夹持元件86用增加的力抵靠钻柱8被推动。这构成了自支撑的结构。
第一密封102抵靠可旋转的壳体58密封钻柱8。实际上，第一密封 102由夹持元件86压在钻管8上。夹持元件86配备有插入物104。第一密封102由安装在元件86上的插入物104压在钻柱上。第二密封108包括第一/底部和第二/上部密封单元110、112。可选择地，串联地放置的多个密封环114设置在单元110、112之间。应理解，除了密封单元110、112 和密封环114外或代替密封单元110、112和密封环114，也可以应用其它的密封件。密封件110包括用于把流体提供至钻柱8的内部件的流体通道 116。第一连杆70与可旋转的壳体58在轴承118上方相对于固定的壳体 56一起旋转。固定的壳体56的另外的轴承120对可旋转的壳体56提供支撑。通过在轴向方向移动第一连杆70，夹持机构在松开状态(图3A)和夹持状态(图3B)之间移动。底部件122和可旋转的壳体58的结构件124 一起相对于固定的壳体56在轴承120上方旋转。
在图示的实施方案中，铰链76包括多个销钉 和相应的开口(图4A-D和图5)。在该实施方案中，其它的铰链也包括多个销钉和开口或洞。
在一个目前优选的实施方案中，连续钻进系统130(图6)包括第一可旋转的壳体58和具有用于接纳钻柱8的纵向开口的第二可旋转的壳体 132。第一可旋转的壳体58布置在第一固定的壳体56中并且由轴承120 和轴承60在轴向方向固定。第二可旋转的壳体132布置在第二固定的壳体134中并且相对于第二固定的壳体134由轴承136和轴承138在轴向方向固定。第二固定的壳体134在第一固定的壳体56内是纵向地可运动的。连续钻进系统130能够使钻柱8联接或脱离另一个钻管段12。分离的密封 140包括在固定的壳体146中移动的两个柱塞密封(ram seal)。
第一可旋转的壳体58的夹持、密封和支撑功能由致动元件68在方向 A激活。轴向运动和为了激活所需要的力由液压缸150提供，但是可以可选择地能够由其它激活工具激活。在图中第一可旋转的壳体58被看到处在激活状态中，夹持、密封和支撑钻柱8。第二可旋转的壳体132的夹持和密封功能由致动元件148在方向B激活。轴向运动和为了激活所需要的力由液压缸152提供，但是可以可选择地能够由其它的激活工具激活。第二可旋转的壳体132和第二固定的壳体134在第一固定的壳体56内的轴向运动由引导工具154引导。该轴向运动由激活工具156在方向C上致动，激活工具156优选地通过液压缸附接至第二固定的壳体134并且附接至第一固定的壳体56。连续钻进系统130还包括用于驱动第一可旋转的壳体58和/或第二可旋转的壳体132的齿轮箱158以及布置成使得连续钻进系统130连接至钻机上的引导工具的结构。此外，连续钻进系统130包括用于在钻机中附接至升降工具的升降孔160。
连续钻进系统130(图7)在钻柱8和管段10的联接和脱离期间能够连续的钻进和注射流体。第一可旋转的壳体58包括支撑元件84、夹持元件86和第一直接密封102以及当被致动工具68压缩时激活直接密封102 的柔性材料162。第一可旋转的壳体58由齿轮64驱动。分离的密封140，当如在图中关闭时，能够产生用于钻井液的下部流体室142和上部流体室144。第二可旋转的壳体132包括直接密封164(其由柔性材料166的压缩激活)和夹持元件168(二者都由致动工具148激活)。第二可旋转的壳体 132由齿轮170驱动。密封172密封第二固定的壳体134和第一固定的壳体56。
第一可旋转的壳体58(图8A)包括致动工具68，致动工具68包括在轴承118和轴承172之间被锁定并且激活夹持元件86的第一连杆70、支撑元件84和第一直接密封102。在第一可旋转的壳体58和第一固定的壳体56之间的第二间接密封174包括由弹簧176激活的面密封。分离的密封140(图8B)是液压激活的，具有流体入口和出口178，并且流体室144 或142使用入口180填充或清空。第二可旋转的壳体132(图8C)包括致动工具148，致动工具148包括连杆182，连杆182在轴承184和轴承186 之间被锁定并且连杆182激活夹持元件168和第一直接密封164。第二间接密封188包括面密封并且由弹簧190激活。
第一可旋转的壳体58的致动系统(图9A-C)包括第一连杆70，第一连杆70轴向地运动并且其间接地使连杆78围绕铰链218旋转，铰链218 激活夹持元件86和连杆192以用于压缩柔性材料162，柔性材料162激活第一直接密封。此外，第一连杆70移动连杆194，连杆194围绕铰链198 移动连杆196，连杆196激活支撑元件84。
第二可旋转的壳体132的致动系统(图10A-B)包括第一连杆182，第一连杆182轴向地运动并且其通过与连杆204的连接围绕铰链202旋转连杆200。连杆200的旋转通过连杆208激活包括夹持插入物206的夹持元件168。此外，连杆200的旋转通过与连杆210的连接激活柔性材料166 的压缩以用于激活第一直接密封。
根据本发明的钻进系统包括不同状态的激活(图11A-D)。在图11A 中钻进系统中的第一可旋转的壳体58正在旋转钻柱8，钻柱8由支撑元件 84支撑并且其由夹持元件86夹持并且由密封102密封。分离的密封系统 140关闭，使得钻井液注射经过下部流体室142进行。第二可旋转的壳体 132停用，意味着夹持元件168和密封元件164在径向方向上从钻管段被移除，从而产生用于接收新的钻管段的开口。在图11B中钻进系统仍然正在通过可旋转的壳体58执行钻进功能。新的钻管段10在第二可旋转的壳体132中用夹持元件86夹持并且用密封元件84密封。流体室144充满钻井液，直到流体压力等于流体室142中的钻井液压力。在图11C中分离的密封140已经打开并且第二固定的壳体134中的第二可旋转的壳体132在第一固定的壳体56中下降以便把新的管段10联接至钻柱8。流体注射现在由例如顶部驱动器接管。在图11D中钻进系统完全地停用，从而导致钻柱8和管段能够行进穿过其的纵向开口。钻进功能由第二钻进系统例如顶部驱动器执行。
根据本发明，用于连续的钻进的方法(图12A-E)包括不同的步骤。在图12A中，安装在钻机2上的顶部驱动器24正在使钻柱8与钻头14一起钻进入钻孔中并且正在注射流体212。连续钻进系统130被停用。在图 12B中连续钻进系统130从顶部驱动器24接管钻进功能并且正在注射钻井液212。在第一可旋转的壳体58中的夹持工具、支撑工具和密封系统被激活。第二可旋转的壳体132用于使顶部驱动器24从钻柱8脱离。在图12C 中顶部驱动器24把两个新的管段10传送至钻柱8。第二可旋转的壳体132 停用使得管段10可以在它们联接至钻柱8之前放置在连续钻进系统130 内部。连续钻进系统130仍然正在钻进和注射钻井液212。在图12D中第一可旋转的壳体58和第二可旋转的壳体132二者都被激活并且分别地夹持和密封钻柱8和新的管段10。连续钻进系统130中的分离的密封打开并且顶部驱动器24注射钻井液212。连续钻进系统130仍然正在执行支撑、旋转和把转矩传送至钻柱8的钻进功能。在图12E中连续钻进系统130已经连接钻柱8和管段10。在这之后，如在图12A中，顶部驱动器24接管钻进功能并且连续钻进系统停用并且向上地移动以继续该过程。
根据本发明，用于起下钻而没有连续的流体注射的方法包括不同的步骤。在图13A中连续钻进系统130正在把钻柱8从钻井12吊出来。在该动作期间连续钻进系统130使由升降机铰链214吊起的管段10从钻柱8 脱离。转盘卡瓦216打开。在图13B中连续钻进系统130已经吊起钻柱8，使得一个管段处在转盘卡瓦216上方，转盘卡瓦216被关闭以支撑钻柱8，同时连续钻进系统130向下地运动并且顶部驱动器24正在储存已脱离的管段。在图13C中升降机铰链214已经连接至钻柱8并且把钻柱8从钻井吊出来。在该动作期间连续钻进系统130被停用并且向下地运动。转盘卡瓦被打开。
本发明不以任何方式限于它的上文描述的实施方案。所寻求的权利由以下的权利要求限定，在权利要求的范围内可以设想许多修改。例如，间接密封方式也可以在常规的钻进系统中使用。
Claims (24)
1.一种用于连续和/或半连续钻进钻孔(12)的钻进系统(4)，包括：
-第一固定的壳体(56)；
-第一可旋转的壳体(58)，其包括用于接纳钻柱(8)的钻管的纵向开口；以及
-所述第一可旋转的壳体内的径向夹持系统(86)，其配置成用于相对于所述第一可旋转的壳体在大体上径向的方向上保持并夹持所述钻管的内螺纹端；
-第一直接密封系统(102)，其在使用中布置在所述钻管和所述第一可旋转的壳体之间并抵靠所述钻管密封所述第一可旋转的壳体；
-机械的和/或液压的传动装置(68)，其配置成用于径向地激活所述第一可旋转的壳体内的所述径向夹持系统(86)；以及
-第一驱动器(16)，其配置成用于使所述第一可旋转的壳体与所述钻管一起旋转，其特征在于
-所述第一可旋转的壳体布置在所述第一固定的壳体中；以及
-第二间接密封系统(174)，其在使用中布置在所述第一可旋转的壳体和所述第一固定的壳体之间。
2.根据权利要求1所述的钻进系统，还包括轴向支撑系统(48)，所述轴向支撑系统用于在所述钻管的倾斜的区域上纵向地固定钻柱。
3.根据权利要求1所述的钻进系统，还包括第二可旋转的壳体(132)，所述第二可旋转的壳体包括：
-第二固定的壳体(134)，所述第二可旋转的壳体(132)轴向地固定在所述第二固定的壳体中；
-径向夹持系统(168)，其配置成用于相对于所述第二可旋转的壳体在大体上径向的方向上保持并夹持钻管的外螺纹端；并且
其中所述第二固定的壳体在所述第一固定的壳体内可纵向地移动，并且包括布置在所述第一固定的壳体和所述第二固定的壳体之间的第三密封系统。
4.根据权利要求2所述的钻进系统，还包括第二可旋转的壳体(132)，所述第二可旋转的壳体包括：
-第二固定的壳体(134)，所述第二可旋转的壳体(132)轴向地固定在所述第二固定的壳体中；
-径向夹持系统(168)，其配置成用于相对于所述第二可旋转的壳体在大体上径向的方向上保持并夹持钻管的外螺纹端；并且
其中所述第二固定的壳体在所述第一固定的壳体内可纵向地移动，并且包括布置在所述第一固定的壳体和所述第二固定的壳体之间的第三密封系统。
5.根据权利要求3所述的钻进系统，其中，所述第一可旋转的壳体和所述第二可旋转的壳体在第一固定的壳体中位于彼此上方，所述钻进系统还包括：
-分离的密封系统(140)，其用于在所述第一可旋转的壳体和所述第二可旋转的壳体之间产生两个流体室(142、144)；
-在所述第一固定的壳体中的径向定位的流体入口(178)，其用于调节前述所产生的流体室中的流体压力。
6.根据权利要求4所述的钻进系统，其中，所述第一可旋转的壳体和所述第二可旋转的壳体在第一固定的壳体中位于彼此上方，所述钻进系统还包括：
-分离的密封系统(140)，其用于在所述第一可旋转的壳体和所述第二可旋转的壳体之间产生两个流体室(142、144)；
-在所述第一固定的壳体中的径向定位的流体入口(178)，其用于调节前述所产生的流体室中的流体压力。
7.根据权利要求2所述的钻进系统，还包括配置成用于激活所述轴向支撑系统的液压传动系统(152)和/或机械传动系统。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的钻进系统，所述钻进系统还包括液压致动系统，所述液压致动系统用于激活所述钻管和所述第一可旋转的壳体之间的第一直接密封。
9.根据权利要求4或6所述的钻进系统，其中，所述第一可旋转的壳体内的所述径向夹持系统(86)和所述第二可旋转的壳体的所述径向夹持系统(168)通过柔性材料的轴向压缩而在径向方向被激活，和/或，其中，所述第一可旋转的壳体内的所述径向夹持系统(86)、所述第二可旋转的壳体的所述径向夹持系统(168)和/或所述轴向支撑系统包括能够处理不同的钻管尺寸的插入物。
10.根据权利要求1-7中任一项所述的钻进系统，其中，第一直接密封和/或第二间接密封包括子密封和/或密封件。
11.根据权利要求8所述的钻进系统，其中，第一直接密封和/或第二间接密封包括子密封和/或密封件。
12.根据权利要求9所述的钻进系统，其中，第一直接密封和/或第二间接密封包括子密封和/或密封件。
13.根据权利要求5所述的钻进系统，还包括：
-齿轮箱(158)，其包括具有驱动器的系统，所述驱动器配置成用于驱动所述第一可旋转的壳体和所述第二可旋转的壳体中的至少一个以实现钻管的联接或脱离运动；以及
-纵向地可移动的齿轮装置，其配置成用于在纵向运动期间连续地驱动第二可旋转的壳体。
14.根据权利要求6所述的钻进系统，还包括：
-齿轮箱(158)，其包括具有驱动器的系统，所述驱动器配置成用于驱动所述第一可旋转的壳体和所述第二可旋转的壳体中的至少一个以实现钻管的联接或脱离运动；以及
-纵向地可移动的齿轮装置，其配置成用于在纵向运动期间连续地驱动第二可旋转的壳体。
15.根据权利要求1-7和11-14中任一项所述的钻进系统，其中，所述第一直接密封系统还包括：
-柔性材料，其配置成用于把机械致动力转换为径向压缩；
-可更换的第一直接密封插入物，其布置成使得所述插入物能够被所述柔性材料致动并且使得能够处理不同的钻管尺寸。
16.根据权利要求8所述的钻进系统，其中，所述第一直接密封系统还包括：
-柔性材料，其配置成用于把机械致动力转换为径向压缩；
-可更换的第一直接密封插入物，其布置成使得所述插入物能够被所述柔性材料致动并且使得能够处理不同的钻管尺寸。
17.根据权利要求9所述的钻进系统，其中，所述第一直接密封系统还包括：
-柔性材料，其配置成用于把机械致动力转换为径向压缩；
-可更换的第一直接密封插入物，其布置成使得所述插入物能够被所述柔性材料致动并且使得能够处理不同的钻管尺寸。
18.根据权利要求10所述的钻进系统，其中，所述第一直接密封系统还包括：
-柔性材料，其配置成用于把机械致动力转换为径向压缩；
-可更换的第一直接密封插入物，其布置成使得所述插入物能够被所述柔性材料致动并且使得能够处理不同的钻管尺寸。
19.一种钻机(42)，包括根据权利要求1-18中任一项所述的钻进系统(4)，还包括；
-顶部驱动器(24)；
-导轨(22)，其配置成用于在所述顶部驱动器下方在所述钻柱的轴向方向上能够平移所述钻进系统的固定的壳体。
20.一种用于连续和/或半连续钻进钻孔(12)的方法，其提供了根据权利要求19所述的钻机(42)，并且还包括以下步骤：
-激活所述钻进系统的轴向支撑系统以提供所述钻柱(8)的升降机功能；
-激活所述钻进系统的径向夹持系统(168、86)以相对于所述第一可旋转的壳体(58)在大体上径向的方向固定所述钻管；以及
-激活所述第一直接密封系统(102)。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括以下步骤：
-注射钻井液并且使用所述顶部驱动器(24)旋转所述钻柱，在使用中在井架的顶部处开始并且向下运动，其中所述钻进系统被停用使得所述钻柱移动穿过所述纵向开口；
-把所述钻进系统与所述钻柱夹持至顶部驱动器连接部，使所述第一可旋转的壳体夹持、密封和支撑所述钻柱的所述内螺纹端并且所述钻进系统的第二可旋转的壳体(132)夹持和密封所述顶部驱动器的外螺纹端，并且执行钻进功能；
-所述钻进系统接管以下功能：吊起所述钻柱，使用所述第一可旋转的壳体(58)旋转所述钻柱并且把转矩施加至所述顶部驱动器的所述钻柱，使用具有等于由所述顶部驱动器注射的钻井液压力的钻井液填充在所述第一可旋转的壳体和所述第二可旋转的壳体之间的流体室；
-所述第二可旋转的壳体脱离所述钻柱和所述顶部驱动器之间的连接部，在其之后所述钻进系统的分离的密封系统(140)的密封被激活，所述钻井液的注射由所述钻进系统接管，并且经由所述顶部驱动器的钻井液注射被停止；
-把所述钻井液从上部流体室(144)移除，所述第二可旋转的壳体在所述顶部驱动器的所述外螺纹端上停用夹持和密封功能，并且所述顶部驱动器连接至新的管段；
-把所述新的管段插入所述钻进系统中，并且所述第二可旋转的壳体夹持和密封所述新的管段的外螺纹端，使用具有等于由所述钻进系统注射的钻井液压力的钻井液填充所述上部流体室；
-停用所述分离的密封系统并且所述第二可旋转的壳体旋转所述新的管段，其中所述钻井液注射由所述顶部驱动器接管并且停止经由所述钻进系统的钻井液注射；
-联接所述钻柱和所述新的管段，同时所述第一可旋转的壳体仍然正在执行以下功能：吊起所述钻柱，旋转所述钻柱并且把转矩施加至所述钻柱，以及在完成之后把所述钻井液从所述流体室移除；以及
-除了钻井液的所述注射，所述顶部驱动器还接管以下功能：吊起所述钻柱，旋转所述钻柱并且把转矩施加至所述钻柱，并且所述钻进系统停用所述径向夹持系统、密封系统和所述轴向支撑系统。
22.一种用于使用或不使用流体循环的连续和/或半连续起下钻的方法，包括提供根据权利要求19所述的钻机(42)的步骤，并且还包括以下步骤：
-在钻台开始，把所述钻进系统(4)向上地运动，并且在上部内螺纹端旋转、密封和吊起所述钻柱(8)，并且注射钻井液，其中所述顶部驱动器(24)在井架中位于所述钻柱上方并且被插入所停用的第二可旋转的壳体中；
-所述钻进系统使用所述第二可旋转的壳体夹持和密封所述顶部驱动器的外螺纹端，使用具有等于由所述钻进系统注射的钻井液压力的钻井液填充上部流体室(144)；
-打开所述钻进系统的分离的密封系统(140)并且旋转所述顶部驱动器的所述外螺纹端，所述钻进系统的第二可旋转的壳体(132)在所述第一固定的壳体中向下地运动，实现所述顶部驱动器和所述钻柱的联接，并且停止从所述钻进系统的钻井液注射并且由所述顶部驱动器接管；
-由所述顶部驱动器接管吊起和旋转所述钻柱的功能并且停用所述钻进系统的轴向支撑系统、密封系统以及所述第一可旋转的壳体(58)和所述第二可旋转的壳体(132)的径向夹持系统；
-使所述钻进系统向下地运动至跟随的钻管连接部，并且所述第一可旋转的壳体夹持、支撑和密封所述钻管连接部的内螺纹端，同时所述第二可旋转的壳体夹持和密封所述钻管连接部的外螺纹端；
-由所述钻进系统从所述顶部驱动器接管吊起和旋转所述钻柱的功能，并且使用具有等于由所述顶部驱动器注射的钻井液压力的钻井液填充所述流体室；
-所述第二可旋转的壳体传送启动转矩以实现所述钻柱和上部的钻管段的脱离，关闭所述分离的密封系统并且由所述钻进系统接管注射钻井液的功能；以及
-把所述钻井液从所述钻进系统中的所述上部流体室(144)移除，所述第二可旋转的壳体在所述顶部驱动器的所述外螺纹端上停用夹持和密封功能，并且所述顶部驱动器再定位所脱离的管段。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括以下步骤：
-所述顶部驱动器使用升降机把所述钻柱从所述钻孔(12)举升出来直到至少两个管段处在所述钻台上方；
-由所述第一可旋转的壳体和所述第二可旋转的壳体刚好在所述钻台上方，分别地夹持所述钻管连接部的内螺纹端和外螺纹端；
-所述第二可旋转的壳体传送启动转矩以脱离所述上部的钻管段；
-所述顶部驱动器举升和储存脱离的管段，所述钻进系统接管转盘卡瓦(216)的吊起功能并且把所述钻柱进一步从所述钻孔举升出来；
-把所述钻柱支撑在钻台上的转盘卡瓦中并且把所述钻进系统向下地移动至所述钻台；
-使用所述升降机把所述顶部驱动器再定位在所述钻柱上方并且把顶部驱动器连接至所述钻柱的所述上部的钻管段；以及
-所述顶部驱动器接管所述钻进系统的吊起功能。
24.根据权利要求20-23中任一项所述的方法，还包括重复所述方法步骤的步骤。
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