CN107208464A - 用于钻机的模块化排管系统 - Google Patents

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Abstract

本文所述的系统、装置和方法涉及一种用于钻机的模块化排管系统。该模块化排管包括能运送模块,所述能运送模块包括下轨道模块,该下轨道模块包括钻机平台,该钻机平台包括被布置并且被构造为容纳下滑架的下轨道。该下轨道永久地固定到钻机平台,以形成钻机平台的一部分,并且能作为钻机平台的一部分运送。上轨道模块包括指梁和上轨道,该上轨道被布置并且被构造为容纳能沿着上轨道移动的上滑架。上轨道永久地固定到指梁,并且能够以连接的构造运送。下轨道模块和上轨道模块可附接到排管柱模块。

Description

用于钻机的模块化排管系统
技术领域
[0001]本公开涉及用于有效地组装和拆卸钻机的至少一部分的系统、装置和方法。更具 体地,本公开涉及利用可以有效地组装或拆卸的钻机上的模块化柱管排管系统的系统、装 置和方法。
背景技术
[0002] 烃类的勘探和生产需要使用多种类型的管件,也称为管道。管件包括但不限于钻 管、套管、管道、立管和用于井结构中的其它可螺纹连接的元件。所连结的管件或“钻柱”的 “柱”的连接通常用于钻探井眼,并且关于套管而言,防止在钻探后井眼塌陷。这些管件通常 以两个或多个通常称为“立柱”的组被组装。
[0003] 管件处理系统(也称为排管系统)在钻机上通常用于接收管件,围绕钻机操纵它 们,辅助管件立柱的搭建或分解,将管件立柱引入以连接到钻柱中,从钻柱接收它们,以及 执行其它管件操作。这些排管系统可以是具有许多部件和零件的大型复杂结构,使得它们 能够将立柱移动到期望的位置,并将立柱竖直地存储在井架或钻塔中。井架或钻塔可以包 括通常称为指梁的存储结构。指梁通常包括多个水平细长的支撑结构或“指形件”,每个支 撑结构或“指形件”能够接收多个立柱。
[0004] 利用陆基移动钻机在第一位置钻井,然后通常移动到新的第二位置以钻出另外的 井。拆卸钻机、运送钻机并将其设置在新位置中的时间周期可能会在几天和几周之间变化。 然而,钻机的任何停机时间都会导致高成本,且几乎没有回报。为了尽可能减少潜在收入的 这种损失,高效的钻机拆除和架设是期望的。在陆基移动钻机上没有利用目前的柱管排管 组件,这种排管组件仅限于在海上的永久性钻机安装。由于它们的许多大部件和零件,它们 的安装需要使用许多起重机并且花费相对大量的时间。大型部件、复杂的安装要求和冗长 的安装时间导致在固定的钻探设施和移动式海上钻探装置(M0DU)上利用柱排管。需要的是 一种更容易拆除和架设并且被设计用于与陆基移动式钻机配合使用的排管系统。
发明内容
[0005] 本公开涉及克服现有技术的一个或多个缺点的系统和方法。
附图说明
[0006] 当与附图一起阅读时,从以下详细描述中可以最好地理解本公开。要强调的是,按 照行业的标准做法,未按比例描绘各种特征。事实上,为了讨论的清晰,可以任意增大或减 小各种特征的尺寸。
[0007] 图1是根据本公开的一个或多个方面的示例性钻机的示意图。
[0008] 图2是根据本公开的一个或多个方面的示例性钻机的顶视示意图。
[0009] 图3是^据本公开的一个或多个方面的示例性排管系统的等距视示意图。
[0010] 图4是示出根据本公开的一个或多个方面的示例性模块的、示例性排管系统的分 解立体示意图。
[0011] 图5是根据本公开的一个或多个方面的图4的示例性排管系统的上轨道模块的底 平面示意图。
[0012] 图6是根据本公开的一个或多个方面的图4的示例性排管系统的下轨道模块的透 视示意图。
[0013] 图7是根据本公开的一个或多个方面的图1的示例性排管系统的上轨道模块和排 管柱模块的一部分的透视图。
[0014] 图8是根据本公开的一个或多个方面的图4的示例性排管系统的下轨道模块和排 管柱模块的一部分的透视图。
[0015] 图9是根据本公开的一个或多个方面的用于组装和拆卸模块化排管系统的过程的 示例性流程图。
[0016] 图10是根据本公开的一个或多个方面的示例性排管系统的示例性下轨道模块的 一部分的透视图。
具体实施方式
[0017]应理解,以下公开提供了用于实现各种实施例的不同特征的许多不同实施例或示 例。以下描述部件和布置的具体示例以简化本公开。这些仅仅是示例,意图不是限制性的。 此外,本公开可能重复各种示例中的附图标记和/或字母。该重复是为了简单和清晰的目 的,本身并不表示所讨论的各种实施例和/或构造之间的关系。此外,在下面的描述中,在第 二特征上方或上面形成第一特征可以包括其中第一和第二特征形成为直接接触的实施例, 并且还可以包括其中可形成介于第一特征与第二特征之间使得第一和第二特征可能不直 接接触的附加特征的实施例。
[0018]本文所述的系统、装置和方法涉及包括模块化排管系统的钻机设备。当钻机设备 要移动到新位置时,以简化排管系统的架设和拆除的方式,将排管系统的模块连接在一起 以及断开连接。模块可以作为钻机设备的一部分从一个钻探位置移动到另一个钻探位置, 或者可以从一个钻机设备移动到单独的其它钻机设备。由于排管设备包括模块,所以架设 和拆除可以在最短的时间内完成,从而缩短移动之间所需的停机时间。另外,由于排管系统 是模块化的,所以可以在最短的时间内用一个模块更换磨损的或不可用的模块,而不需要 大量拆卸整个排管系统。这可缩短维修所需的时间,同样地,可提高生产率。
[0019]该公开内容讨论了永久地固定在一起以形成排管系统的模块的部件。如本文所使 用的,术语“永久地固定”意味着这些部件被机械地固定或保持在一起以作为组件,并且意 图是在排管系统或钻机的组装、拆卸和/或操作期间保持固定或维持在一起。组件可以是1 接接触或间接接触。术语“永久地固定”并不意味着组件不能被拆卸用于其它目的,比如修 理磨损或损坏的元件,用于永久拆卸、清洁、翻新、回收或其它目的。 乂 ^020]图1是根据本公开的一个或多个方面的示例性钻机设备100的侧视示意图。在一些 不例中,钻机设备100可以形成陆基型移动式钻机的一部分。钻机设备1〇〇可以具有约35英 尺X 35央尺的钻机平台尺寸,但也可以考虑使用更大和更小的钻机。在一些实施例中,钻机 设备100可以具有小于约1540平方英尺的钻机平台尺寸。在其它实施例中,钻机设备1〇〇可 以具有小于约1720平方英尺的钻机平台尺寸。
[0021] 图1所示的钻机设备100包括钻机基础结构102和在钻机基础结构102上操作的模 块化排管系统104。钻机基础结构102包括例如基础底架或钻机框架(未示出)、钻塔106和进 入到钻机设备100中的V形门172J形门172可以被布置用于接纳被引入钻机设备100的管件 或立柱。在一个实施例中,钻塔106布置在井中心107上方且围绕井中心107,并且支撑钻探 系统的多个钻探部件,所述钻探部件在这里被示出为沿着支撑柱111布置并且可移动的顶 部驱动器109及其部件。也可设想其它钻探部件。
[0022] 该实施例包括离线鼠洞(mousehole) 164,该离线鼠洞164可以用于在与井中心107 间隔开的位置处将管件组装到立柱中,以便不干扰在井中心107处的钻探。在一些实施例 中,鼠洞164布置在位于钻机平台1〇1下方的与井中心107离线的浅井上方,在此处,可以将 各个管件一起(例如多个,比如三个管一起)组装成立柱,然后放入指梁108中以供稍后使用 或存储。下面将更详细地描述排管系统104。
[0023] 钻机控制系统161可以控制排管系统104和其它钻机部件,同时还与钻机设备100 周围布置的传感器进行通信。钻机控制系统161可评估来自传感器的数据,评估各个管件或 立柱的磨损状态,并且可以作为钻探作业的一部分提出与用于特定用途的管件的有效性相 关的建议。在一些实施例中,钻机控制系统161可以布置在钻机101上,比如在钻工舱中,可 以布置在远离钻机101的控制卡车中,或者可以布置在钻探现场周围的其它地方。在一些实 施例中,钻机控制系统161布置成远离钻探现场,比如在远离钻探现场的中央钻探监测设施 中。
[0024] 猫道(catwalk) 162形成钻机设备100的一部分,并且可以直接附接到钻机平台101 或布置成与钻机平台101相邻。猫道162允许将钻探设备,特别是管件或立柱引入到钻机设 备100的V形门172。在一些实施例中,猫道162是简单的实心坡道,沿着该坡道可以推动或拉 动管件,直到管件可以由排管系统104的上管件接口元件106抓住或固定为止。在其它实施 例中,猫道162被形成为具有输送机结构,比如带驱动的输送机,其有助于使管件朝向或远 离钻机设备100前进。其它实施例包括减摩元件,比如辊子、轴承或使得管件能够沿着猫道 朝向或远离V形门12前进的其它结构。应当注意,在陆地钻机利用猫道的情况下,海上钻机 利用输送机来将管件从管道甲板运送到钻机平台101。因此,应理解,在陆上钻机中的本公 开使用的描述也可以在海上钻机中利用。
[0025]图2是根据本公开的一个或多个方面的示例性钻机设备100的顶视示意图。图2示 出了指梁108和排管系统104的其它部分,立柱176、形成指梁108的一部分的指形件132、铁 钻工(roughneck) 170、鼠洞164和井中心107,全部如上大体描述。铁钻工170可以用于在井 中心107和鼠洞164中的任一者或两者处连接和断开管件或立柱。通道168可以在V形门172 与井中心107之间在指梁108的相对侧之间延伸,排管系统104可以如图2中的箭头所指示的 沿着通道168移动,以操纵指梁108、鼠洞164、井中心107和V形门172之间的管件或立柱,并 且它可以横向移动到从通道离开且从井中心107和V形门172之间的路径离开的位置,比如 停放位置(parking position)。
[0026]图3和图4更详细地示出了排管系统104。它们包括上轨道模块112、排管柱模块114 和下轨道模块116。如图3所示,上轨道模块112、排管柱模块114和下轨道模块116被示出为 连接就位以进行操作,而图4以分解状态示出了上轨道模块112、排管柱模块114和下轨道模 块116。这些模块可以相互分离以便运送到新位置,同时仍然基本上保持其各自的组装状 态。然而,在一些实施例中,模块仍然可能需要一定程度的包装或拆包,比如折叠或压缩到 更紧凑的状态便于运送,以及展开或延伸以供再利用。因此,这些模块也可以与其它类似模 块容易且快速地互换,比如通过包括快速拆卸部件来将模块相互附接并保持模块,以及包 括快速连接件以允许利用电气连接件和液压连接件实现简单的“即插即用”。这可能有助于 加快修理,因为可以引入置换模块来代替较旧的磨损或损坏的模块,并且磨损或损坏的模 块可以在离线时被移除且完全被固定,而新模块用于保持排管系统104和钻机设备100处于 操作状态。在另一个实施例中,在将模块从一个钻机或钻机现场运送到另一个钻机或钻机 现场期间,交换置换模块。
[0027] 现在参考图4和图5,上轨道模块112包括例如指梁108、上导轨120、包括上小车 (cart)壳体122和上小车驱动器124的上滑架、用于柱结构的旋转接头126、以及吊架系统 (festoon system)128〇
[0028] 指梁108是已经或将要用于建造钻柱的立柱的保持或存储区域。这些立柱可以存 储在指梁108中,直到它们被使用或被拆分以从钻机设备100中取出。指梁108包括外支撑框 架130,多个独立的指形件132沿平行方向延伸并从支撑框架130悬置。立柱的上部可以插入 在指形件132之间,由此保持在适当的位置,处于大致竖直的位置以便储存。可以看出,在本 实施例中,指梁108包括左侧和右侧,且通道168在左侧与右侧之间。支撑结构134从支撑框 架130沿着通道168延伸并且支撑上导轨120。在一些实施例中,上轨道模块112的指梁108被 布置并且被构造为附接到钻塔106并由钻塔106支撑(图1)。在一些示例中,其从钻塔悬置并 且延伸超过钻机平台101的一部分。其它实施例包括支撑结构,比如支撑指梁108的井架,和 上滑架模块112。
[0029] 在该示例性实施例中,上导轨120从指梁108的支撑结构134悬置,并且形成用于上 小车壳体122的上轨道。上导轨120永久地固定到指梁108,因此在钻机组装、拆卸或运送期 间不会与指梁108断开连接。因此,当将指梁108附接到钻塔106时,组装和附接上导轨120所 需的额外的工作或努力很少或不需要。上导轨120沿着通道168 (图2)在V形门172和井中心 107之间在指梁的相对侧之间延伸。在所示的实施例中,上导轨120弯曲或延伸到通道168外 部的位置,使得上小车壳体122可行进到可用于将排管柱模块114停靠在V形门与井中心之 间的通道168的侧面。因此,本实施例中的上导轨120形成L形。这里,有两个上导轨120,然 而,其它实施例包括额外的或更少的导轨,或者包括比如上轨道的其它结构。
[0030] 上小车壳体122牢固地连接到上导轨120,并且经由上小车驱动器124沿着上导轨 120移动。在一些实施例中,上小车壳体122永久地固定到上导轨120,因此在钻机组装、拆卸 或运送期间不会与上导轨120断开连接。在这样的实施例中,当将指梁108附接到钻塔106 时,将上小车壳体组装并附接到上导轨120所需的额外的工作或努力很少或不需要。在所示 的实施例中,上小车壳体122布置成承载上小车驱动器124和旋转接头126。在该实施例中, 上小车壳体122包括轮子和轴承,使得其在上小车驱动器124的动力下能够沿着上导轨120 行进。其它实施例具有从上小车壳体122移位的上小车驱动器124,并且上小车壳体122由通 过上小车驱动器124提供动力的带、链条驱动器、输送机或其它系统驱动,以使上小车壳体 122沿着上导轨120移动。在一些实施例中,上小车驱动器124是布置成沿着上导轨120移动 上小车壳体122的马达。
[0031]上轨道模块112的上小车壳体122被构造为沿着上导轨120移动排管柱模块114的 上部。上小车壳体122可以包括辊、滑动垫或便于排管柱模块114在V形门172、鼠洞164和井 架106下方的井中心107之间移动的其它结构。在一些实施例中,上小车壳体122是链条结构 的一部分,其沿着通道168驱动排管柱模块114,通道168形成为容纳通过指梁108的排管柱 模块114。
[0032]上小车壳体122承载与排管柱模块114接合的旋转接头126。该旋转接头126被构造 为可移除地附接到排管柱模块114。吊架系统134附接到上导轨120并且沿上导轨120延伸, 并且它被构造为携载一个或多个电气、液压或其它电缆、软管和电线,以用于上轨道模块 112、排管柱模块114和下轨道模块116的操作。根据该实施例,上小车驱动器124、旋转连接 件I26和吊架系统134中的一个、两个或全部永久地固定到指梁108上,因此在钻机组装、拆 卸或运送期间不会与指梁108断开连接。
[0033]图4所示的排管柱模块114包括柱140、吊装系统142、中臂组件144、下臂组件146、 壳体148以及马达和制动系统15〇。排管柱模块114在上轨道模块112与下轨道模块116之间 延伸并且与上轨道模块II2和下轨道模块116连接。根据该实施例,吊装系统142、中臂组件 144、下臂组件146、壳体148以及马达和制动系统15〇中的一个、两个、三个、四个或全部永久 地固定到柱140或该柱的一部分,并且因此在钻机组装、拆卸或运送过程中不会与柱140或 该柱的一部分断开连接。
[0034]排管柱模块114的柱140为排管系统104提供刚性和支撑,为中臂组件144和下臂组 件146提供结构支撑,并且将上轨道模块112连接到下轨道模块116。柱140可以由单个实心 梁或端对端连结(join)的多个梁形成。在一些实施例中,柱140包括两个间隔开的平行板, 用以将中臂组件144和下臂组件146保持在其间。
[0035]在该示例中,吊装系统142布置在柱140的顶端,并且从承载在上轨道模块112上的 电缆或软管接收电气或液压操作功率。吊装系统142可以包括延伸到中臂组件144的电缆, 并且可以用于沿着柱140升高和降低中臂组件144。
[0036]中臂组件144沿柱140竖直滑动,并且可以被延伸或操纵以抓住管件的上端,承载、 移动或以其它方式转移管件。在一些实施例中,中臂组件144可以在设置在柱140上或被承 载在中臂组件上的辊、滑动垫或其它元件上向上或向下移动。在所示的示例性实施例中,下 臂组件146可枢转地附接在柱140的下部上的适当位置。
[0037]中臂组件144和下臂组件146中的每一个包括操纵器臂152和夹持器头154。夹持器 头154的尺寸和形状使得可以打开和关闭以及抓住或保持管道,比如管件或立柱。操纵器臂 152可以使夹持器头154朝向和远离柱140移动。
[0038]中臂组件144和下臂组件146被构造为伸出,以将钻管立柱插入指梁1〇8中或从指 梁1〇8移除钻管立柱。也就是说,它们从柱140向外延伸以夹紧在处于指梁1〇8中的钻管立柱 上以其它方式固定在处于指梁1〇8中的钻管立柱,或将钻管立柱放置在指梁108中。另外,中 臂组件144和下臂组件146被构造为伸出,以接收通过V形门172引入钻机设备100的管件,并 且将管件或立柱从V形门172或指梁108携载到鼠洞164或井中心107,以便传递至比如顶部 驱动器109的钻孔元件。如上所述,中臂组件144能沿着排管柱140上下竖直移动。在一些方 面,其由吊装系统142操作。
[0039] 壳体148形成柱组件114的下部。壳体148承载排管柱140的重量,并且如本文参照 图8进一步描述的那样,与下轨道模块116对接。在图4和图8中可最佳地看到壳体148,并且 壳体148被布置成为排管柱模块114提供固定基础。参照图8,壳体148包括具有突出的小齿 轮155的齿轮驱动传动系统,该突出的小齿轮丨55被构造为与下轨道模块116对接。壳体148 还提供动力旋转能力以使柱140绕其轴线旋转。因此,在使用期间,当壳体148不能旋转时, 柱140可以被布置成旋转以便完成所需的任务。
[0040]在示出的示例性实施例中,马达和制动系统150被承载在壳体148上,并且被构造 为使突出的小齿轮155旋转。该马达和制动系统150通过壳体148中的传动系统来做到这一 点,并且为形成下轨道模块的一部分的下滑架提供动力,如本文所述。它还被构造为通过传 动系统的相同或分开的部分使柱140旋转。在该实施例中,马达和制动系统150被布置作为 排管柱模块114的一部分。它通过排管柱模块114与下轨道模块116之间的接口为下滑架提 供动力。马达和制动系统150可以包括电动马达、液压马达或其它马达中的一个或多个,其 布置成使突出的小齿轮155转动并驱动下轨道模块116。在一些实施例中,马达由沿着上轨 道模块112延伸的软管或电缆以及由沿着柱140向下延伸的附加软管或电缆提供动力。根据 该实施例,这些软管或电缆分别永久地固定到柱140或吊架系统134,因此在钻机组装、拆卸 或运送期间,这些软管或电缆不会与柱140或吊架系统134断开连接。因此,在该示例中,驱 动马达和制动系统150的动力是通过在上轨道模块112与排管柱模块114之间形成的连接部 而获得的。应理解,可以使用多个马达、多种马达和/或小齿轮。由于马达和制动系统150向 下滑架提供动力,在一些实施例中,不存在连接到下轨道模块116的单独的电缆或软管。 [0041] 下轨道模块116,在图4和图6中最佳地示出,形成并且包括钻机平台101的至少一 部分(图1)。在该示例性实施例中,下轨道模块116包括:钻机平台部分,其具有下轨道220; 和下滑架,其包括一对轮辄222和下台车(trolley) 224。在所示的示例性实施例中,下轨道 220由在其中形成有纵向间隙240的底板结构形成。下轨道220永久地固定到钻机平台101的 一部分,因此在钻机组装、拆卸或运送过程中,下轨道220不会与钻机平台101的所述部分断 开连接。因此,当钻机平台101的该部分安装在钻机支撑结构(例如钻机框架、底架、桁架等) 上时,组装和附接下轨道220所需的附加工作或努力很少或没有。
[0042] 下轨道220中的间隙240的壁或侧面在下台车224沿着轨道220前进时引导下台车 224的方向和运动。在该示例中,轮辄222或下台车224中的至少一个包括布置成延伸到间隙 240中并维持移动方向的突出元件(未示出)。图10示出了示例性下部轨道部分,其具有设置 在其上的不同的下滑架。在该实施例中,下轨道220包括沿其下侧的齿条402,该齿条402沿 着间隙240延伸并且与间隙MO适当地间隔开,以与从下滑架的下台车224延伸的齿轮404接 合。通过下轨道22〇的下侧上的齿条402,下轨道220的上表面以及钻机平台可以保持相对平 坦。本实施例中的齿条永久地固定到下轨道,该下轨道永久地固定或以其它方式形成钻机 平台的一部分。
[0043] 轮轭222形成下滑架的一部分,其被构造为延伸越过且沿着下轨道220中的间隙 240。在该实施例中,存在两个轮辄222,每个轮辄2M具有突出的引导件242,该突出的引导 件242延伸到间隙240中。当轮辄222沿着下轨道220前进时,突出的引导件维持轮轭222在正 确的方向上。在一些实施例中,轮辄222延伸过下轨道220中的间隙240,并且在实心下轨道 22〇下方以机械地防止从下轨道22〇移除的方式延伸。因此,轮轭222能以允许将它们一起运 送而不拆卸的方式机械地连接到下轨道220。
[0044]下台车224形成下滑架的一部分,置于轮轭222上并且由轮辄222承载。其被构造为 直接布置在排管柱模块114的下方,并且承载排管柱模块114的重量。因此,柱模块114可以 与下台车224相接,并且可以从马达和制动系统150提供动力,以沿着下轨道220驱动下台车 224。在该实施例中,下台车224包括延伸的小齿轮,该小齿轮与设置在下轨道220的下侧上 的齿条(未示出)接合,并且旋转以沿着下轨道220推进由轮辄222承载的排管柱模块114。如 图6中最佳地看到的,下台车224包括支撑表面246和中央接纳凹部248,该中央接纳凹部248 设置成与壳体148的突出的小齿轮155 (图8)相接合。在这里被示出为向上突出的杆250的连 接件被成形且构造为被接纳在壳体148中的相应开口中,以将下轨道模块116的下台车224 连接到排管柱模块114的壳体148。稳定器252还提供结构支撑,以防止下台车224和壳体148 旋转。
[0045] 根据该实施例,轮轭222、下台车224或下滑架的任何其它元件永久地固定到下轨 道200,因此在钻机组装、拆卸或运送期间不会与下轨道断开连接。
[0046]图7和图8示出了上轨道模块112、柱模块114和下轨道模块116的接口部件。首先参 考图7,在柱140的上端处的吊装系统142包括与旋转接头126连接的接合结构212。在所示的 实施例中,旋转接头126可以被刺入接合结构212的接纳部分中,以机械地连接上轨道模块 112和排管柱模块114。在其它实施例中,接合结构212或其它接合结构被刺入形成上轨道模 块112的一部分的上滑架中。该物理连接允许柱140围绕其轴线旋转,同时连接到上小车壳 体122并且由上小车壳体122承载。因此,当上小车壳体122被提供动力以沿上导轨120驱动 时,排管柱模块114的顶部也沿上导轨120被承载。在一些实施例中,吊装系统142沿着排管 柱模块114设置在其它地方,并且模块之间的对接直接与柱140和上轨道模块112—起发生。 在一些实施例中,吊装系统142形成上轨道模块112的一部分,并且用于在操作期间吊装中 臂组件144。
[0047]上轨道模块112与柱模块114之间的接口连接能够选择性地附接,使得在操作期间 它们被固定在一起,但是可以彼此断开连接,因而每个模块在拆卸期间可以从钻机设备100 单独地移除,然后单独被运送到新位置。或者,在维修或维护的情况下,可以拆卸它们并且 用单独的模块更换。
[0048]图8示出了准备连接在一起的排管柱模块114和下轨道模块116之间的接口。在组 装期间,被承载在壳体148上的突出的小齿轮155被刺入中央接纳凹部248中,并且杆250与 壳体148的凸缘中对应的接纳孔对准并且被接纳在凸缘中的对应的接纳孔中。该连接可以 利用附加螺栓、销钉或其它元件固定。例如,销可以经接纳孔插入杆250中,以防止排管柱模 块与下滑架不经意地分离。在示例性实施例中,快速连接/释放紧固件用于模块的快速交 换。随着突出的小齿轮1M延伸到下台车M4中,下台车224中的齿轮系统可用于驱动延伸过 下轨道220的间隙240的对应的小齿轮(未示出)。相应的小齿轮可以与下轨道220的下侧上 的齿条接合。因此,当马达和制动系统150使突出的小齿轮155旋转时,突出的小齿轮155使 下台车224上相应的齿轮旋转,以使下台车224和附接的轮轭222沿着下轨道220前进。
[0049]图9示出了组装和拆卸模块化系统(比如,用于在钻机设备1〇〇上使用的排管系统 104)的示例性方法。该方法从302开始,并且包括将上轨道模块、下轨道模块和排管柱模块 运送到钻探现场。由于下轨道模块包括具有下轨道的钻机钻探平台(rig drillfloor),并 且上轨道模块包括与指梁一起组装的上排管轨道,所以在组装状态下运送这些部件减小了 运送装载和卸载时间,并且如本文所述,可以通过缩短钻机架设和拆除时间来提高运行效 率。
[00S0]在3〇4处,组装钻机平台。这可以包括布局以及将钻机钻探平台部段固定到结构底 架或框架,以该结构底架或框架形成钻机设备100的钻机基础。由于钻机钻探平台的部段包 括下轨道,并且在一些实施例中,包括下滑架(其包括轮轭222和下台车224),所以当安装钻 机钻探平台时,将下轨道模块116安装就位。此外,可以在安装钻机钻探平台时安装下滑架。 [0051]在306处,上轨道模块被提升到钻机钻探平台上方并且连接到钻机钻塔。这可能包 括通过与钻塔的连接来支撑指梁,使得指梁背离钻塔悬置。由于上轨道附接到指梁,所以当 将上轨道模块附接到钻塔时,上轨道也由钻塔架设和支撑。因此,指梁和上轨道同时架设在 一起。
[0052]在308处,将排管柱模块组装或架设在地面上。这可能包括连接组件,布置或以其 它方式架设排管柱模块。由于排管柱模块的一些实施例包括已经在排管柱上永久地固定且 处于适当位置的电气/液压电缆或软管,所以可以实现组装排管柱模块的效率。
[0053]在310处,排管柱模块114与上轨道模块112对准并固定到上轨道模块112。在本文 所描述的示例性实施例中,这包括将旋转接头126连接到排管柱模块112的顶部,使得排管 柱模块114能够相对于上轨道模块112旋转。在一些实施例中,这包括将柱模块112刺入上轨 道模块112的部件,比如上驱动小车124、旋转接头126或形成上滑架的一部分的其它结构。 刺入柱模块112可以包括将排管柱模块112的全部或一部分升高或吊装到钻机钻探平台上 方。
[0054]在312处,下轨道模块116与排管柱模块114对准并且固定到该排管柱模块114。这 可包括将排管柱模块和下轨道模块中的一个的一部分刺入另一个,使得它们彼此机械地连 接并且牢固地附接。在一些示例中,这包括在排管柱模块114下方对准下滑架,同时将排管 柱模块114升高并且刺入上滑架中。因此,通过使排管柱模块114在钻机平台上方,下滑架沿 着下轨道对准在下排管柱模块下方,并且将排管柱模块下降到下滑架上。在这里所描述的 实施例中,将排管柱模块降低到下滑架上包括将突出小齿轮155刺入下台车224中的中央容 纳凹部248中,使得来自排管柱模块的动力可以传递到下轨道模块。
[0055]在314处,进行电气或液压连接以将上轨道模块连接到排管柱模块。由于在所描述 的示例性实施例中,软管或电缆已经形成了上轨道模块和排管柱模块的一部分,所以在组 装过程中不需要布设(run)软管和电缆。在一些实施例中,软管和电缆为马达和制动系统 150、壳体148以及排管柱模块114上的中臂组件144和下臂组件146提供电力或液压动力。利 用这种布置,仅需要在一个位置进行连接以连接到上下轨道模块(或与上下轨道模块断开 连接))。在一些实施例中,其还通过排管柱模块向下轨道模块提供电力或液压动力。在下轨 道模块需要电气连接或液压连接的实施例中,也可以进行这些连接,以连接构成各个模块 的一部分的软管或电缆。
[0056]在316处,组装的排管系统104用于执行钻机操作,比如操纵管件,组装或分解立 柱,或执行其它功能。当需要时,可以拆卸排管系统104以便运送到新的钻探现场。该过程在 许多方面简单地与架设过程相反,并且不在与上述相同的细节层次上重复所有步骤或元 件。然而,拆卸可能在31S处通过将上轨道模块上的电气或液压连接件与排管柱模块上的连 接件断开连接开始。
[0057]在320处,通过升高排管柱模块以将其与下滑架分开,使排管柱模块与下轨道模块 断开连接,并且可以移动下滑架或排管柱模块,使滑架不在排管柱模块下方。在322处,将排 管柱模块与上轨道模块断开连接。这可能包括使排管柱模块下降,以便将刺入上柱模块的 接口结构从上柱模块中移除。在324处,拆卸排管柱模块以进行运送。在326处,通过移除指 梁并且将指梁降低到地面以及将指梁与下轨道和其它上轨道模块组件一起准备,将上轨道 模块从钻塔移除,以便运送。在328处,钻机平台被拆卸成多个部段,且下轨道形成至少一个 钻机平台部段的一部分。在3320处,模块被运送到第二钻探现场,以重新组装到钻机上。由 于模块以包括具有附接的电缆和/或液压软管的组装或部分组装的状态被运送,所以可以 加快钻机设备的组装和拆卸,从而导致更高效且因此更便宜的钻机操作。
[0058]虽然本文描述的模块具有与其相关联的某些部件,但是应理解,模块可以被布置 成使得不同的组件形成不同模块的一部分。例如但不限于,被承载在排管柱模块上的马达 和制动系统150可替换地被承载在下轨道模块上。根据排管装置布置,其它部件同样可以重 新分配。此外,并不是所有模块都具有在本文公开的示例性排管中标识的所有部件。例如, 一些排管可能具有比这里所公开的更少的臂组件。类似地,由于其长度,排管柱模块114的 一些实施例可以进一步拆分,例如,第一模块包括柱部分和中臂组件,第二模块包括柱部分 和下臂部分,臂部分在组装、拆卸或运送过程中仍然附接到柱并且形成柱的一部分。
[0059]鉴于全部的上述内容和附图,本领域普通技术人员将容易地认识到,本公开介绍 了一种钻机设备,其包括能运送的下轨道模块,该下轨道模块包括钻机平台,该钻机平台包 括下轨道,该下轨道被布置并且被构造成容纳下滑架。下轨道可以永久地固定到钻机平台, 以便形成钻机平台的一部分并且能作为钻机平台的一部分运送。排管柱可操作地附接到下 滑架轨道模块。能运送的上轨道模块包括指梁和上轨道,该上轨道被布置并且被构造为容 纳沿着上轨道可移动的上滑架。上轨道永久地固定到指梁,并且能够以连接的构造运送。上 轨道模块可操作地附接到排管柱。
[0060]在一方面中,排管柱形成了排管柱模块的一部分,该排管柱模块还包括:臂组件, 其永久地固定到排管柱;以及吊装系统,其布置成沿着排管柱升高和降低臂组件。在一方面 中,下轨道模块包括下滑架,该下滑架附接到下轨道并且能沿着下轨道移动,该下滑架包括 以在运送期间将下滑架保持在下轨道上的适当位置的方式延伸过下轨道的部分。在一方面 中,上轨道模块的上轨道和下轨道模块的下轨道各自具有形成L形的部分。在一方面中,上 轨道模块包括上滑架,该上滑架永久地固定到上轨道并且能沿着上轨道移动,该上滑架以 在运送期间将上滑架保持在下轨道上适当位置的方式连接到上轨道。在一方面中,排管柱 形成了排管柱模块的一部分,排管柱模块包括马达和制动系统,该马达和制动系统被布置 成当与下轨道模块的下滑架可操作地连接时,为下轨道模块的下滑架提供动力。在一方面 中,下轨道模块包括永久地固定到下轨道的下滑架。下滑架包括:支撑表面,该支撑表面被 构造为支撑排管柱;以及突出齿轮和接纳凹部中的一个。排管柱形成排管柱模块中的包括 突出齿轮和接纳凹部中的另一个的部分。突出齿轮布置成装配在连接排管柱模块和下滑架 的接纳凹部内。
[0061]在另一方面中,本公开介绍了一种钻机设备,该钻机设备包括能运送的下轨道模 块,该下轨道模块包括钻机平台的一部分,钻机平台包括下轨道,该下轨道被布置并且被构 造为容纳下滑架。下轨道永久地固定到钻机平台的一部分,可作为钻机平台的一部分运送。 能运送的排管柱模块可选择性地附接到下滑架轨道模块。排管柱模块包括排管柱和臂组 件,该臂组件永久固定在该柱上并且被布置用于操纵管件。能运送的上轨道模块包括指梁 和上轨道,该上轨道被布置并且被构造为容纳可沿着上轨道移动的上滑架。上轨道模块永 久地固定到指梁,并且包括被构造为与排管柱模块联接的连接器元件。
[0062]在一方面中,下轨道模块包括下滑架,该下滑架永久地固定到下轨道并且能沿着 下轨道移动,该下滑架包括以在运送期间将下滑架保持在下轨道上适当位置的方式延伸过 下轨道的部分。在一方面中,上轨道模块的上轨道和下轨道模块的下轨道各自具有形成L形 的部分。在一方面中,上轨道模块包括上滑架,该上滑架永久地固定到上轨道并且能沿着上 轨道移动,上滑架以在运送期间将上滑架保持在下轨道上的适当位置的方式连接到上轨 道。在一方面中,排管柱模块包括:吊装系统,其永久地固定到柱;以及第二臂组件,其可与 吊装系统一起移动。在一方面中,排管柱模块包括马达和制动系统,该马达和制动系统永久 地固定到柱,并且被布置成当与下轨道模块的下滑架可操作地连接时对下轨道模块的下滑 架提供动力。
[0063]在另一方面中,本公开介绍了一种修改钻机的方法,该方法包括:在钻机设备上安 装下轨道模块,该下轨道模块包括下轨道,该下轨道永久地固定到钻机平台,该下轨道被布 置并且被构造为容纳下滑架;以下滑架沿着下轨道运送排管柱的方式将排管柱连接到下轨 道模块;以及将上轨道模块连接到排管柱,该上轨道模块包括永久地固定到上轨道的指梁, 该指梁被布置并且被构造为容纳上滑架,该上滑架能以上轨道模块的上滑架沿着上轨道模 块的上轨道运送排管柱的方式沿着上轨道移动。
[0064] 在一个方面中,将排管柱连接到下轨道模块包括将排管柱模块连接到下轨道模 块,该排管柱模块包括用于抓持管件的可延伸臂。在一方面中,该方法包括将排管柱的一个 或多个电缆或液压软管连接到上轨道模块的电缆或液压软管。在一方面中,排管柱形成排 管柱模块的一部分,并且其中将上轨道模块连接到排管柱包括将由上轨道模块和排管柱模 块中的一个承载的部件刺入上轨道模块和排管柱模块中的另一个。在一方面中,排管柱形 成排管柱模块的一部分,并且其中将排管柱连接到下轨道模块包括将由排管柱模块和下轨 道模块中的一个承载的部件刺入排管柱模块和下轨道模块中的另一个。在一方面中,该方 法包括将上轨道模块与排管柱断开连接;将下轨道模块与排管柱断开连接;以及将下轨道 模块和上轨道模块运送到新位置,且下滑架连接到下轨道,上滑架连接到上轨道。在一方面 中,排管柱形成排管柱模块的一部分,并且该方法还包括沿着轨道驱动下滑架,且马达形成 排管柱模块的一部分。
[0065] 上述内容概述了若干实施例的特征,使得本领域普通技术人员可以更好地理解本 公开的方面。这些特征可以由许多等效替代物中的任何一个替代,在本文中仅公开了其中 一些。本领域普通技术人员应理解,它们可以容易地使用本公开内容作为基础,来设计或修 改用于执行与本文介绍的实施例相同的目的和/或实现相同优点的其它过程和结构。本领 域普通技术人员还应该意识到,这种等同的结构不脱离本公开的精神和范围,并且它们可 以在不脱离本公开的精神和范围的情况下进行各种改变、替换和变更。

Claims (20)

1. 一'种钻机设备,包括: 能运送的下轨道模块,所述下轨道模块包括钻机平台,所述钻机平台包括布置且构造 为容纳下滑架的下轨道,所述下轨道永久地固定到所述钻机平台,以便形成所述钻机平台 的一部分,并且能作为所述钻机平台的一部分被运送; 排管柱,所述排管柱能够可操作地连接到下滑架轨道模块;以及 能运送的上轨道模块,所述上轨道模块包括指梁和上轨道,所述上轨道被布置并且被 构造为容纳能沿着所述上轨道移动的上滑架,所述上轨道永久地固定到所述指梁并且能够 以连接的构造被运送,所述上轨道模块能够可操作地附接到所述排管柱。
2. 如权利要求1所述的钻机设备,其中,所述排管柱形成排管柱模块的一部分,所述排 管柱模块还包括:臂组件,所述臂组件永久地固定到所述排管柱;以及吊装系统,所述吊装 系统被布置成使所述臂组件沿着所述排管柱上升和下降。
3. 根据权利要求1所述的钻机设备,其中,所述下轨道模块包括下滑架,所述下滑架附 接到所述下轨道并且能沿着所述下轨道移动,所述下滑架包括以在运送期间将所述下滑架 保持在所述下轨道上适当位置的方式延伸过所述下轨道的部分。
4. 根据权利要求1所述的钻机设备,其中,所述上轨道模块的上轨道和所述下轨道模块 的下轨道各自具有形成L形的部分。
5. 根据权利要求1所述的钻机设备,其中,所述上轨道模块包括上滑架,所述上滑架永 久地固定到所述上轨道并且能沿着所述上轨道移动,所述上滑架以在运送期间将所述上滑 架保持在所述下轨道上适当位置的方式连接到所述上轨道。
6. 如权利要求1所述的钻机设备,其中,所述排管柱形成排管柱模块的一部分,所述排 管柱模块包括马达和制动系统,所述马达和制动系统被布置成当与所述下轨道模块的下滑 架可操作地连接时,对所述下轨道模块的下滑架提供动力。
7. 根据权利要求1所述的钻机设备,其中,所述下轨道模块包括永久地固定到所述下轨 道的下滑架,所述下滑架包括: 支撑表面,所述支撑表面被构造用于支撑所述排管柱;以及 突出齿轮和接纳凹部中的一个, 其中,所述排管柱形成排管柱模块的一部分,所述排管柱模块包括所述突出齿轮和所 述接纳凹部中的另一个,所述突出齿轮被布置用于装配在所述接纳凹部内以连接所述排管 柱模块和所述下滑架。
8. 一种钻机设备,包括: 能运送的下轨道模块,所述下轨道模块包括钻机平台的包括下轨道的一部分,所述下 轨道被布置并且被构造为容纳下滑架,所述下轨道永久地固定到所述钻机平台的一部分并 且能作为所述钻机平台的一部分运送; 能运送的排管柱模块,所述排管柱模块能够选择性地附接到所述下滑架轨道模块,所 述排管柱模块包括排管柱和臂组件,所述臂组件永久地固定到所述柱并且被布置用于操纵 管件;和 能运送的上轨道模块,所述上轨道模块包括指梁和上轨道,所述上轨道被布置并且被 构造为容纳能沿着所述上轨道移动的上滑架,所述上轨道模块永久地固定到所述指梁并且 包括连接器元件,所述连接器元件被构造用于与所述排管柱模块联接。
9. 根据权利要求8所述的钻机设备,其中,所述下轨道模块包括下滑架,所述下滑架永 久地固定到所述下轨道并且能沿着所述下轨道移动,所述下滑架包括以在运送期间将所述 下滑架保持在所述下轨道上适当位置的方式延伸过所述下轨道。
10. 根据权利要求8所述的钻机设备,其中,所述上轨道模块的上轨道和所述下轨道模 块的下轨道各自具有形成L形的部分。
11. 根据权利要求8所述的钻机设备,其中,所述上轨道模块包括上滑架,所述上滑架永 久地固定到所述上轨道并且能沿着所述上轨道移动,所述上滑架以在运送期间将所述上滑 架保持在所述下轨道上适当位置的方式连接到所述上轨道。
12. 根据权利要求8所述的钻机设备,其中,所述排管柱模块包括:吊装系统,所述吊装 系统永久地固定到所述柱;和第二臂组件,所述第二臂组件能与所述吊装系统一起移动。
13. 根据权利要求8所述的钻机设备,其中,所述排管柱模块包括马达和制动系统,所述 马达和制动系统永久地固定到所述柱,并且被布置成当可操作地连接到所述下轨道模块的 下滑架时对所述下轨道模块的下滑架提供动力。
14. 一种修改钻机的方法,所述方法包括: 在钻机设备上安装下轨道模块,所述下轨道模块包括永久地固定到钻机平台的下轨 道,所述下轨道被布置并且被构造为容纳下滑架; 以下滑架沿着所述下轨道运送排管柱的方式将所述排管柱连接到所述下轨道模块;以 及 将上轨道模块连接到所述排管柱,所述上轨道模块包括永久地固定到上轨道的指梁, 所述上轨道被布置并且被构造为容纳能以如下方式沿着所述上轨道移动的上滑架:所述上 轨道模块的上滑架沿着所述上轨道模块的上轨道运送所述排管柱。
16. 根据权利要求15所述的方法,其中,将所述排管柱连接到所述下轨道模块包括连接 排管柱模块,所述排管柱模块包括用于将管件抓持到所述下轨道模块的可延伸臂。
17. 根据权利要求16所述的方法,还包括将所述排管柱的一个或多个电缆或液压软管 连接到所述上轨道模块的电缆或液压软管。
18. 根据权利要求15所述的方法,其中,所述排管柱形成排管柱模块的一部分,并且其 中将上轨道模块连接到所述排管柱包括将由所述上轨道模块和所述排管柱模块中的一个 承载的部件刺入到所述上轨道模块和所述排管柱模块中的另一个中。
19. 根据权利要求15所述的方法,其中,所述排管柱形成排管柱模块的一部分,并且其 中将所述排管柱连接到所述下轨道模块包括将所述排管柱模块和所述下轨道模块中的一 个承载的部件刺入所述排管柱模块和所述下轨道模块中的另一个中。
20. 根据权利要求15所述的方法,还包括: 将所述上轨道模块与所述排管柱断开连接; 将所述下轨道模块与所述排管柱断开连接;以及 将所述下轨道模块和所述上轨道模块运送到新位置,其中所述下滑架连接到所述下轨 道,所述上滑架连接到所述上轨道。
21. 根据权利要求15所述的方法,其中,所述排管柱形成排管柱模块的一部分,并且所 述方法还包括利用形成所述排管柱模块的一部分的马达,沿着所述轨道驱动所述下滑架。
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