CN107521632B - 井孔钻挖系统、及其海上钻井船、钻挖方法及交换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及井孔钻挖系统、及其海上钻井船、钻挖方法及交换方法。所述井孔钻挖系统包括：钻塔、钻台、钻挖管件存储机架，所述钻挖管件存储机架适于沿竖直方向来存储多个钻挖管件、管件放置装置，所述管件放置装置具有至少一个下部第一管件放置器组件以及至少一个第二管件放置器组件，所述第二管件放置器组件能够在高于所述第一管件放置器组件的高度处进行操作，每个管件放置器组件包括基部、连接至所述基部的运动臂、以及连接至或能够连接至所述运动臂并适于夹持管件的管件夹持构件，其中，在管件夹持构件连接至管件放置器组件的运动臂的情况下，所述管件放置装置适于通过所述管件放置器组件来夹持和保持钻挖管件。

Description

井孔钻挖系统、及其海上钻井船、钻挖方法及交换方法
本申请是中国专利申请号为201480025929.8，发明名称为“井孔钻挖系统”，申请日为2014年3月3日的进入中国的PCT专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及井孔钻挖系统以及钻挖方法。
背景技术
在油气钻井钻挖工业中，使用一般称为“管件”的多种类型的管道系统。管件例如包括钻管、套管、以及其他可连接的(例如，通过螺纹)油气钻井管道元件。
通常，钻管或其他管件的多个单独接头在钻挖操作过程中、例如在脱扣(tripping)操作过程中被保持在一起。大多数的现代钻机能够处理称为“三角支架(triple)”的三接头支架(three-joint stand)或甚至是称为“四角支架(quad)”四接头支架(quadruple stand)(135英尺)。
本申请的申请人已经例如在WO 02/18742中公开井孔钻挖系统，这种井孔钻挖系统包括装配至钻井船的船体并邻近船井的塔架。塔架具体设置成钻架。
这种系统包括位于船井上方的钻台，其具有供钻柱沿作业线穿过其中的钻井中心。钻柱旋转驱动装置(例如，顶驱动器)被提供来旋转钻柱，以便实现钻挖操作。
为了存储钻挖管件、优选地是制成的支架(如三角支架)，在钻架的相对侧上提供两个钻挖管件存储机架，其中多个钻挖管件沿竖直方向进行存储。
邻近每个钻挖管件存储机架安装的是管件放置装置，所述管件放置装置具有至少一个下部第一管件放置器组件以及至少一个第二管件放置器组件，所述第二管件放置器组件可在高于所述第一管件放置器组件的高度处进行操作。每个管件放置装置包括基部、连接至基部的运动臂、以及连接至运动臂并适于夹持管件的管件夹持构件。运动臂包括臂构件和致动器布置。
每个管件放置装置适于通过管件放置器组件来夹持并保持钻挖管件，其中管件重量分布在管件放置装置的运动臂上。因此，该运动臂非常稳固，并且至少能够支撑若干吨的重量。管件放置装置适于将管件放入对应钻挖管件存储机架中以及从该对应的钻挖管件存储机架中移除管件。
每个管件放置装置具有可及范围，这个可及范围至少允许在钻挖管件存储机架与管件在钻井中心上方同作业线对准的位置之间传送由第一管件放置器组件和第二管件放置器组件所夹持的管件，从而允许管柱(例如，钻柱或套管柱)的搭建和拆卸。
因此，旋转机架用作例如用于钻管支架的收进部分(setback)。在实际中，这意味着对于某些钻挖操作，尤其是在脱扣操作过程中，多接头式管件在作业线与收进部分之间的传送是以高频率进行的。
通常，钻挖操作需要使用一个或多个钻井中心工具，每个钻井中心工具适于在钻台的钻井中心上方操作，例如，用于带螺纹的管件接头的组装和拆卸的铁钻工工具。在WO02/18742中，该铁钻工被放置于在钻台上方延伸至钻井中心的轨道上。
除了将铁钻工布置在该钻台上方的轨道上，同样已知的是将铁钻工支撑在支撑机器人的专用钻井中心工具上，该机器人包括适于支撑钻井中心工具重量的运动臂。该运动臂使得铁钻工在回缩位置与位于钻井中心上方的操作位置之间移动。运动臂的示例在US7,178,612中公开。虽然支撑机器人的这个钻井中心工具允许去除用于铁钻工的钻台轨道并且也用于与其他钻井中心工具一起使用，但是该机器人并不是完全令人满意的。
发明内容
本发明的目的在于提出使系统操作效率增加和/或系统多功能性的解决方案。
根据本发明的第一方面，提出一种井孔钻挖系统，所述井孔钻挖系统包括：
-钻塔，
-钻台，所述钻台具有钻井中心，钻柱沿作业线穿过所述钻井中心，
-钻挖管件存储机架，所述钻挖管件存储机架适于沿竖直方向来存储多个钻挖管件，优选为多接头式管件，
-管件放置装置，所述管件放置装置具有至少一个下部第一管件放置器组件以及至少一个第二管件放置器组件，所述第二管件放置器组件可在高于所述第一管件放置器组件的高度处进行操作，每个管件放置器组件包括基部、连接至所述基部的运动臂、以及连接至或能够连接至所述运动臂并适于夹持管件的管件夹持构件，
其中，所述管件放置装置适于通过所述管件放置器组件来夹持和保持钻挖管件，所述管件的重量沿着所述管件放置器组件的运动臂分布，并且所述管件放置装置适于将管件放入所述钻挖管件存储机架中以及从所述钻挖管件存储机架中移除管件，
并且，所述管件放置装置具有可及范围，从而至少允许在所述钻挖管件存储机架与所述管件在钻井中心上方与所述作业线对准的位置之间传送由所述第一管件放置器组件和所述第二管件放置器组件所夹持的管件，以便允许搭建和拆卸管柱，例如钻柱或套管柱，
其中，所述系统进一步包括一个或多个钻井中心工具，每个钻井中心工具适于在所述钻台的所述钻井中心上方操作，例如，用于带螺纹的管件接头的组装和拆卸的铁钻工工具，
所述井孔钻挖系统特征在于：
所述第一管件放置器组件的所述基部能够在降低的操作位置与升高的位置之间竖直移动，其中，在所述降低的操作位置中，对应的夹持构件可将管件放入所述钻挖管件存储机架中以及从所述钻挖管件存储机架移除管件，
并且特征在于，所述管件放置装置包括第三管件放置器组件，其包括基部、连接至所述基部的运动臂、以及连接至或能够连接至所述运动臂并适于夹持管件的管件夹持构件，
其中，如果所述第一管件放置器组件移动至升高的位置，那么所述第三管件放置器组件的所述基部能够至少在钻井中心维护位置、即位于所述第一管件放置器组件的所述基部的所述降低的操作位置下方的位置与所述第一管件放置器组件的所述基部的所述降低的操作位置之间竖直移动，
其中，在所述第三管件放置器组件的所述基部位于所述第一管件放置器组件的所述基部的所述降低的操作位置并且管件夹持构件连接至所述运动臂的情况下，所述第三管件放置器组件能够例如在所述第一管件放置器组件故障的情况下，与所述第二管件放置器组件组合进行操作以用于在所述作业线与所述钻挖管件存储机架之间传送管件，
并且特征在于，至少一个钻井中心工具适于连接至所述第三管件放置器组件的所述运动臂，
并且特征在于，在所述第三管件放置器组件的所述基部位于所述钻井中心维护位置并且钻井中心工具连接至其运动臂的情况下，所述钻井中心工具能够在所述钻台上方操作，同时所述第一管件放置器组件和第二管件放置器组件可组合地进行操作，用于在所述作业线与所述钻挖管件存储机架之间传送管件。
因此，本发明的第一方面设想提供第三管件放置器组件，所述第三管件放置器组件设置成具有“双重功能”，即作为钻井中心工具机器人以及作为所述管件放置装置的一部分，例如，在修理时临时替换所述第一管件放置器组件，或使管件放置装置负载容量增加，例如在搬运极重管件时。一般来说，一个可能的优点是增加了钻挖操作的效率。这将会存在较少的平直时间，这是因为能够在管件传送(放置操作)过程中准备钻井中心工具。另一个优点在于安全性的增加，例如，这是因为在钻台上不再需要由钻井中心工具钻台轨道来将钻井中心工具传送至作业线。
该系统的多功能性可以通过设置邻近管件存储机架的两个管件放置装置来增加，每个管件放置装置包括三个管件放置器组件。例如，在使用渐缩柱的操作中，能够使得一个工具适用于设置在一个管件放置装置处的大直径柱，并使得另一个工具适用于设置在另一管件放置装置处的更小直径的柱。提供两个工具“备用”使得不再需要更换工具。
由于井孔钻挖系统通常还包括了管件在水平位置的存储，例如，在钻井船的保持器件中的和/或甲板上的存储，因此，常常采用所谓的水平架空步道机器来帮助传送管件，通常是向钻机系统作业线以及从钻机系统作业线传送。对于这两种情况，这种水平架空步道机器以及管件存储和搬运系统优选地放置在作业线附近。
在一个实施方案中，钻塔被设置成井架结构。可替代地，该钻塔是钻架。
在一个实施方案中，提供第一钻挖管件存储机架和第二钻挖管件存储机架，并且其中第一管件放置装置被布置成在所述第一钻挖管件存储机架与所述作业线之间传送管件，并且其中第二管件放置装置被布置成在所述第二钻挖管件存储机架与所述作业线之间传送管件。在钻塔被设置成钻架的实施方案中，第一钻挖管件存储机架和第二钻挖管件存储机架优选地设置在所述钻架的相对的侧部上。
本发明的第一方面在包括两个钻挖管件存储机架和两个管件放置装置的这种实施方案中是最为有利的，两个钻挖管件存储机架和两个管件放置装置的每个各自设有所提及的第一管件放置器组件、第二管件放置器组件、以及第三管件放置器组件。该系统的多功能性可甚至进一步通过提供邻近每个管件存储机架的两个管件放置装置来改进：因此，当提供四个管件放置装置时，其中两个邻近每个钻挖管件存储机架。有利地，每个管件放置装置设有根据本发明的三个管件放置器组件。因此，可最佳地利用第三管件放置器组件的多功能性。
在一个实施方案中，所述系统进一步包括：钻井中心工具存储结构，所述钻井中心工具存储结构适于在其中存储有可连接至第三管件放置器组件的运动臂的一个或多个钻井中心工具。能够够存储在这种钻井中心工具存储结构中的钻井中心工具是：
-铁钻工，所述铁钻工用于带螺纹的管件接头的组装和拆卸，
-升高的备用系统夹具，所述升高的备用系统夹具适于将钻柱顶端夹紧在所述钻台上方的提升的位置处，
-引导滑轮，所述引导滑轮用于将被引入到所述井孔中的一条或多条管路，
-螺纹润滑油注射器，所述螺纹润滑油注射器适于清洁带螺纹的管件端部并且将润滑油注入所述带螺纹的管件端部，
-泥斗，所述泥斗适于在脱扣时捕获泥浆，以便取回泥浆，从而重新使用所述泥浆，
-任何类型的端部执行器，
-载人吊斗，
-栓接工具，
-多螺栓式扭矩工具，
-用于立管引导的集中工具，
-用于钻管的引导件，
-绞盘和钩。
有利地，钻井中心工具存储结构适于在至少互相叠置的多个水平面处将钻井中心工具存储在其中。这减少了钻井中心工具存储结构的占用面积，这在钻井中心工具存储结构设在船的甲板上时尤其有利。特别来说，如果所述第一管件放置器组件移至升高位置时，由于所述第三管件放置器组件的所述基部能够至少在钻井中心维护位置、即位于所述第一管件放置器组件的所述基部的所述降低的操作位置下方的位置与所述第一管件放置器组件的所述基部的所述降低操作位置之间竖直移动，因而所述钻井中心工具存储结构的高度在该钻井中心维护位置与至少是降低的操作位置(所述第一管件放置器组件的基部的降低操作位置)之间延伸。
在一个实施方案中，所述钻井中心工具存储结构布置成使得在其中存储的所述一个或多个钻井中心工具在第三管件放置器组件可及范围内，以便当钻井中心工具存储在钻井中心工具存储结构中时，允许钻井中心工具连接至所述运动臂。因此，所述钻井中心工具可连接至所述钻井中心工具存储结构处的所述管件放置器组件，并且通过相同管件放置器组件从此位置而被运输至在钻台的钻井中心上方的作业线。
在一个实施方案中，还构想了所述钻井中心工具存储结构布置成使得在其中存储的所述一个或多个钻井中心工具在第一管件放置器组件可及范围内，并且至少一个钻井中心工具适于连接至所述第一管件放置器组件的运动臂，以便当钻井中心工具存储在钻井中心工具存储结构中时，允许钻井中心工具与所述第一放置器组件的所述运动臂的连接。因此，可构想的是，第一钻井中心工具被连接至所述第三管件放置器组件，而第二钻井中心工具连接至所述第一管件放置器组件。还构想了所述至少一个钻井中心工具适于连接至所述第一管件放置器组件的运动臂，从而允许所述钻井中心工具在所述第三管件放置器组件故障的情况下，可在钻台上方操作。例如，当正在搬运立管时，上端被夹持住，而用于集中立管的集中工具优选地设置在下部放置器组件处。在搬运钻管时，钻管下端优选地由下部放置器组件夹持，而钻管上端由上部放置器组件引导。
根据本发明的第一方面，至少一个钻井中心工具适于连接至第三管件放置器组件的运动臂。可构想的是，所述钻井中心工具适于由连接至所述运动臂的管件夹持构件夹持。可替代地，所述钻井中心工具适于在管件夹持构件首先被从所述运动臂移除后，连接至所述运动臂。除了承载夹持构件的组件外，还能够仅有一个臂设有支撑所夹持的管件的重量的夹持装置，并且另一个臂承载将管件保持在直立位置中的集中装置。
可任选地，连接器布置在运动臂上，其中该管件夹持构件和钻井中心工具两者适于连接至所述连接器。这样的连接器例如可设置有钩、闩锁、钉板等等，以便确保牢固且安全的装配。
可任选地，在运动臂上还设有动力和控制连接构件，例如具有电学和/或流体(例如，液压和/或气动)连接构件，以向钻井中心工具供应电力、控制信号、和/或流体动力。这些动力和控制连接构件可单独地形成，或与该运动臂上的机械式连接器整体形成。
在一个实施方案中，将专用钻井中心工具连接器布置在该运动臂上，以便将工具机械连接至该运动臂。
在一个实施方案中，所述系统包括多个钻井中心工具，所述多个钻井中心工具具有可连接至运动臂的相同的机械式连接器。这些相同的机械式连接器可连接至管件夹持构件，所述管件夹持构件安装在运动臂上，或安装至设在运动臂上的连接器，特别是布置在运动臂上的专用钻井中心工具连接器。
可构想的是，将与系统结合使用的钻井中心工具设有标识，并且可任选地，还设置存储器，所述存储器包括了这种钻井中心工具的使用和/或历史。例如，控制单元设有这样的存储器，并且因此，控制单元知道哪个钻井中心工具安装在具体哪个位置处，并还被告知关于钻井中心工具的操作细节，诸如工具大小。
在包括两个钻挖管件存储机架以及两个管件放置装置的实施方案中，每个管件放置装置设有根据本发明的第一方面的三个管件放置器组件，优选设置了两个钻井中心工具存储结构。在一个实施方案中，第一钻井中心工具存储结构可布置成使得在其中存储的所述一个或多个钻井中心工具位于所述第一管件放置装置的可及范围内，并且第二钻井中心工具存储结构可布置成使得在其中存储的所述一个或多个钻井中心工具位于所述第二管件放置装置的可及范围内。因此，可最佳地利用第三管件放置器组件的多功能性。
例如，所述系统可包括第一铁钻工装置和第二铁钻工装置。提供两个铁钻工装置(优选地具有相同机械式连接器以允许可释放地连接至运动臂)允许例如将一个铁钻工设置成搬运具有第一直径的管件并且将另一铁钻工设置成搬运具有不同的第二直径的管件。例如，可设想的是，在处于作业线中的具有第一直径的管柱的组装和拆卸的过程中，该第一铁钻工处于钻井中心上方操作位置上，同时在涉及该第一铁钻工的所述过程期间，该第二铁钻工已设置成搬运不同直径的管件。如优选地，如果具有运动臂的两个组件是存在于钻台附近，那么该第二铁钻工可在该第一铁钻工回缩后，直接移入操作位置上，因此，这允许切换至在作业线中搬运的另一种直径的管件而不会有延迟。在常见现有技术中，单铁钻工装置可供用于钻台，例如，通过机器人臂保持(如US 7,178,612中那样)，并且其对不同直径所做出的更换可花费大约45分钟。由于常常发生这些改变，因此在管柱搬运中的这些看起来较短的延迟可汇总成非常大的总的时间消耗，例如，针对单个钻挖项目消耗一天或者甚至是多天，因此成本非常高昂。
另外有利的是在作业线中设置第一铁钻工装置和第二铁钻工装置两者，其中一个设置在升高的位置处。这允许用于这个过程而所替代使用的所谓的小洞进行直立搭建，即，单个接头在甲板上方的组装。
应当了解，提供两个具有运动臂的组件以及由所述组件支撑的两个铁钻工还可对于如下的实施方案是有利的：在该实施方案中所述两个组件并非如本发明的第一方面所述的系统的部分。例如，具有运动臂的两个组件是随后安装在甲板上的独立组件，或是如下的组件：其各自作为单独移动组件而安装于所对应的相对较短的竖直轨道上，所述竖直轨道在面向钻台的那侧处安装至钻挖钻架。
在优选的实施方案中，第一铁钻工装置存储在第一钻井中心工具存储结构中，并且第二铁钻工装置存储在第二钻井中心工具存储结构中。例如，两个钻井中心工具存储结构布置在钻台的相对侧处。在替代性的实施方案中，设想为铁钻工存储装置在提升的位置处，优选在钻塔结构内。例如，该铁钻工存储装置设在钻架内部的存储空间中，或铁钻工存储装置设在分格型塔结构的横梁上。
根据本发明的第一方面，管件放置装置具有至少三个管件放置器组件，每个管件放置器组件包括基部。第一管件放置器组件的基部可在降低操作位置与升高的位置之间竖直移动。第三管件放置器组件的基部至少在钻井中心维护位置、即位于第一管件放置器组件的基部的降低的操作位置下方的位置与第一管件放置器组件的所述基部的降低操作位置之间也能够竖直移动。在一个优选实施方案中，第二放置器组件的基部也可竖直移动。如优选地，所有移动基部安装在共用的竖直轨道上。
在一个实施方案中，放置装置的所有管件放置器组件的基部均可竖直移动。可构想的是，第二管件放置器组件的基部可在所述第一管件放置器组件的基部的所述升高位置与提升位置之间移动。
在一个实施方案中，管件放置装置的竖直移动管件放置器组件设有沿竖直轨道引导的基部。优选地，管件放置装置包括一个竖直轨道，所有移动基部均沿所述竖直轨道而被竖直引导。
在一个实施方案中，管件放置装置包括竖直立柱构件，所述竖直立柱构件设有所述一个或多个轨道，所述立柱构件支撑所述管件放置器组件。
在钻塔被设置成钻架的实施方案中，可构想的是，竖直立柱构件与钻架整体形成、或设在钻架上、或连接至钻架。可任选地，竖直立柱构件可设置成例如通过在钻架与竖直立柱构件之间提供轴承、或通过在旋转支撑件上安装竖直立柱构件而旋转。在一个实际实施方案中，立柱构件的旋转支撑件包括基部构件，立柱构件以其下端连接至该基部构件的；以及顶部构件，立柱构件以其上端联接至该顶部构件。特别来说，在钻塔被设置成钻架的实施方案中，可构想的是每个竖直轨道、或者说是一对平行的竖直轨道(在两个放置装置情况下)直接地设在钻架上或连接至钻架。例如，钻架具有拐角，并且两个放置装置的竖直轨道布置在钻架面向钻台的那侧的拐角处。
在一个实施方案中，所述井孔钻挖系统还设有钻柱旋转驱动器，例如顶驱动器，所述钻柱旋转驱动器适于旋转钻柱以用于进行钻挖操作。
在一个实施方案中，运动臂是可伸缩延展臂，该臂具有第一臂段，所述第一臂段经由竖直轴线轴承来连接至基部，从而允许该运动臂围绕此竖直轴线旋转。优选地，这个竖直轴线形成运动臂旋转的唯一轴线，这形成能够支撑大量负载的简单结构。该运动臂具有一个或多个另外的可伸缩臂段，其中外部臂段设有用于管件夹持装置和/或钻井中心工具的连接器。
在一个实施方案中，液压缸存在于所述臂段之间，所述液压缸可操作成使得臂进行延伸和回缩。例如，放置器组件设有包括电动机驱动的泵、箱、以及阀的独立液压单元。
在一个实施方案中，每个管件放置装置包括竖直导轨，每个管件放置器组件的基部的对应的引导构件接合到所述竖直导轨上。管件放置装置进一步包括竖直有齿机架，所述有齿机架布置成平行于该竖直导轨。管件放置器组件的基部设有一个或多个小齿轮，所述小齿轮与所述竖直有齿机架接合，并且所述基部设有一个或多个马达，所述马达驱动一个或多个小齿轮，以便允许放置器组件进行受控的竖直运动。优选地，驱动一个或多个小齿轮的一个或多个马达是电动机。在一个实施方案中，在对所述一个或多个竖直运动马达进行供电的电力电路中包括超级电容器，这允许在组件向下运动过程中临时存储可由所述一个或多个马达所产生的电力。随后，可将这个能量再次用于向上运动。
在一个实施方案中，所述系统包括电升沉运动补偿控制器，所述电升沉运动补偿控制器联结至一个或多个竖直移动运动臂或放置臂组件中的基部的竖直驱动器，所述电升沉运动补偿控制器向所述一个或多个竖直驱动器(例如，驱动马达的小齿轮)提供表示一个或多个运动臂组件的升沉运动补偿的控制信号。这允许实现由各自的运动臂所保持的管件夹持装置或钻井中心工具的升沉运动补偿。这个实施方案例如结合了升沉运动补偿钻台(例如，如在WO2013/169099中所公开的)。例如，随后，在钻塔处于升沉补偿模式时，可采用运动臂组件将盘绕管连接注射器装置的部件保持在钻井中心上方位置处。当然，还可设想钻台的其他升沉运动补偿布置与本发明结合。
在一个实施方案中，所述第一运动臂或放置臂组件、所述第二运动臂或放置臂组件、以及所述第三运动臂或放置臂组件全部连接至电升沉运动补偿控制器，从而使其完成所有的操作，同时执行升沉补偿运动，例如，结合升沉运动执行钻台执行这些操作。
特别来说，当设想一个或多个移动运动臂组件的升沉运动补偿模式时，供电电源可设有超级电容器，甚至为安装在其基部上的那样的电容器，用于临时存储向下运动中的电能并且将该电能用于进行向上运动。
在其中每个移动运动臂或放置臂组件的移动基部与小齿轮接合在竖直机架上的实施方案中，还可通过使得所述竖直有齿机架进入升沉补偿运动而提供升沉运动补偿，例如，有齿机架可沿塔或钻架滑动，其中竖直驱动器连接至轨道，或其中轨道连接至被带入升沉补偿模式中的另一对象物体。例如，可以设想，有齿机架被连接至钻台，其中所述钻台可以在升沉补偿的模式中操作，使得有齿机架跟随钻台。
在一个实施方案中，钻塔设有邻近该钻台的两个平行管件放置装置，每个放置装置包括竖直轨道并且设有至少两个管件放置器组件，所述放置装置中的每一个的放置器组件具有可及范围，以使连接至所述放置器组件的运动臂的管件夹持构件或者另一钻井中心工具进入到在钻井中心上方与作业线对准的位置处。
在一个放置器组件的实施方案中，在基部与运动臂之间的竖直轴线轴承布置在轴承外壳中，所述轴承外壳可释放地附接至放置器组件的基部。优选地，所述基部提供用于轴承外壳的左侧附接位置和右侧附接位置两者，这允许在合适的实施方案中在具有位于钻台附近的两个平行放置装置的钻挖系统中使用相同基部。
在一个实施方案中，所述钻挖管件存储机架是钻挖管件旋转存储机架，所述钻挖管件旋转存储机架可围绕竖直轴线旋转并且具有用于在竖直方向上存储多个管件的存储狭槽，所述钻挖管件旋转存储机架包括用以使得所述钻挖管件旋转存储机架围绕其竖直轴线旋转的驱动器。可任选地，所述钻挖管件旋转存储机架包括中心竖直支柱以及处于所述支柱的不同高度上的多个圆盘，至少一个圆盘是具有管件存储狭槽的指板圆盘，每个狭槽在所述指板圆盘的外圆周处具有开口，从而允许引入管件以及从所述存储狭槽中移除管件，其中，所述至少一个指板圆盘是由例如通过螺栓而可释放地连接至所述中心支柱的多个指板圆盘构件构成，并且优选地，指板圆盘构件设有闩锁装置，所述闩锁装置适于将保持在所述指板圆盘构件的狭槽中的每个单独管件闩锁。
在一个实施方案中，至少一个管件放置器组件能够竖直移动，并设置成在安装所述指板圆盘构件和/或从所述竖直支柱上拆下所述指板圆盘构件过程中保持指板圆盘构件，例如，所述运动臂设有夹持构件，所述夹持构件适于夹持所述指板圆盘构件，并且所述管件放置器组件用于竖直运输所夹持的指板圆盘构件。
根据本发明的第二方面，提供一种井孔钻挖系统，所述井孔钻挖系统包括：
-钻塔，
-钻台，所述钻台具有钻井中心，钻柱沿作业线穿过所述钻井中心，
-钻挖管件旋转存储机架，所述钻挖管件旋转存储机架适于沿竖直方向来存储多个钻挖管件，优选为多接头式管件，
所述钻挖管件旋转存储机架能够围绕竖直轴线旋转并且具有用于在竖直方向上存储多个管件的存储狭槽，所述钻挖管件旋转存储机架包括用以使得所述钻挖管件旋转存储机架围绕其竖直轴线旋转的驱动器，
所述钻挖管件旋转存储机架包括中心竖直支柱以及处于所述支柱上的不同高度处的多个圆盘，至少一个圆盘是具有管件存储狭槽的指板圆盘，每个狭槽在所述指板圆盘的外圆周处具有开口，从而允许引入管件以及从所述存储狭槽中移除管件，
-管件放置装置，所述管件放置装置具有至少一个下部第一管件放置器组件以及至少一个第二管件放置器组件，所述第二管件放置器组件能够在高于所述第一管件放置器组件的高度处进行操作，每个管件放置器组件包括基部、连接至所述基部的运动臂、以及连接至或能够连接至所述运动臂并适于夹持管件的管件夹持构件，
其中，所述管件放置装置适于通过所述管件放置器组件来夹持和保持钻挖管件，并且所述管件放置装置适于将管件放入所述钻挖管件旋转存储机架中以及从所述钻挖管件旋转存储机架中移除管件，
并且其中，所述管件放置装置具有可及范围，从而至少允许在钻挖管件旋转存储机架与所述管件在钻井中心上方与作业线在对准的位置之间传送由所述第一管件放置器组件和所述第二管件放置器组件所夹持的管件，以便允许管柱(例如钻柱或套管柱)的搭建和拆卸，
所述井孔钻挖系统特征在于：所述至少一个指板圆盘是由例如通过螺栓而能够释放地连接至所述中心支柱的多个指板圆盘构件构成。
本发明的第二方面还涉及了用于指板圆盘构件的交换的方法，其中利用所述井孔钻挖系统。
在一个实施方案中，用于指板圆盘构件的交换的方法包括以下步骤：
-保持被连接至所述中心支柱的一个或多个第一指板圆盘构件，例如，通过辅助起重机或通过管件放置器组件进行保持，
-从所述竖直支柱上拆下所述第一指板圆盘构件，
-将所述第一指板圆盘构件从所述中心支柱运输至远程位置，例如，通过辅助起重机或通过管件放置器组件进行运输，
-夹持被连接至所述中心支柱的一个或多个第二指板圆盘构件，例如，通过辅助起重机或通过管件放置器组件进行夹持，
-将所述第二指板圆盘构件运输至所述竖直支柱，例如，通过辅助起重机或通过管件放置器组件进行运输，
-将所述第二指板圆盘构件安装至所述竖直支柱。
因此，在一个实施方案中，可构想的是，提供辅助起重机来用于保持、夹持、以及运输所述指板圆盘构件。
在一个替代性的实施方案中，提供至少一个管件放置器组件，所述至少一个管件放置器组件能够竖直移动并被设置为在安装所述指板圆盘构件和/或从所述竖直支柱上拆下所述指板圆盘构件过程中保持指板圆盘构件，例如，所述运动臂设有夹持构件，所述夹持构件适于夹持所述指板圆盘构件，并且其中所述管件放置器组件用于竖直运输所夹持的指板圆盘构件。由于已经提供所述管件放置器组件，因此并不需要额外的装置，所以这个替代实施方案是有利的。这种实施方案结合根据本发明的第一方面所述井孔钻挖系统可以是尤其有利的，根据本发明的第一方面，提供三个管件放置器组件。
在一个实施方案中，指板圆盘构件设有闩锁装置，所述闩锁装置适于闩锁保持在所述指板圆盘构件的狭槽中的每个单独的管件。
在一个实施方案中，所述钻挖管件存储机架包括在所述支柱上的不同高度处的多个对应的可释放地连接的指板圆盘构件，所述圆盘构件设有对应的管件存储狭槽并且适于以组合的方式将一个或多个钻挖管件存储起来。
在一个实施方案中，所述井孔钻挖系统还设有钻柱旋转驱动器，例如顶驱动器，所述钻柱旋转驱动器适于旋转钻柱以供进行钻挖操作。
本发明还涉及管件放置和钻井中心工具搬运装置，所述管件放置和钻井中心工具搬运装置包括：
-竖直轨道，
-至少两个运动臂组件，所述至少两个运动臂组件安装在所述竖直轨道上，
其中每个运动臂组件包括可通过竖直驱动器沿所述竖直轨道竖直移动的基部，以及连接至所述基部的运动臂，所述运动臂具有机械式的连接器。
在一个实施方案中，所述竖直驱动器的马达被连接至升沉运动补偿控制器。
在一个实施方案中，所述竖直轨道包括竖直有齿机架，其中每个移动基部具有接合所述有齿机架的一个或多个马达驱动的小齿轮。
在一个实施方案中，所述有齿机架可竖直移动以执行升沉补偿运动，例如，当连接至所述有齿机架的专用竖直驱动器或连接至处于升沉运动补偿运动或能够进入升沉运动补偿运动的另一部件时，例如，在连接至升沉补偿钻台或升沉补偿钻井绞车的行进区块的情况下。
在一个实施方案中，所述运动臂是可伸缩的延展臂，该臂具有第一臂段，所述第一臂段经由竖直轴线轴承而连接至基部，从而允许所述运动臂围绕所述竖直轴线旋转，优选地，所述竖直轴线形成所述臂的唯一旋转轴线，并且其中所述臂包括一个或多个另外的可伸缩的臂段。
在一个实施方案中，所述装置包括竖直导轨，每个运动臂组件的基部的对应的引导构件接合到所述竖直导轨上，并且其中所述装置还进一步包括竖直有齿机架，所述竖直有齿机架布置成平行于所述竖直导轨，其中，所述管件放置器组件的所述基部设有接合所述竖直有齿机架的一个或多个小齿轮，所述基部设有驱动所述一个或多个小齿轮的一个或多个马达，优选为一个或多个电动机。
在一个实施方案中，竖直轴线轴承布置在轴承外壳中，所述轴承外壳可释放地附接至所述组件的所述基部，所述基部提供用于所述轴承外壳的左侧附接位置和右侧附接位置。
所述装置的运动臂组件中的一个或多个可进一步具有任一个或多个如本文中所述的结构细节和功能性。
如优选地，所述组件的基部是相同的，从而允许减少备用零件的数量，并且允许有可能在不必移除已从竖直轨道上拆解下来的组件的情况下，将一个组件用作另一组件的(临时)替换。
本发明还涉及包括管件放置和钻井中心搬运装置的系统，其中所述系统进一步包括：
-第一管件夹持装置和第二管件夹持装置，所述夹持装置各自具有机械式连接器，所述机械式连接器适于被连接至运动臂的机械式连接器，
-钻井中心工具，例如，铁钻工，所述钻井中心工具具有机械式连接器，所述机械式连接器适于被连接至运动臂的机械式连接器。
本发明还涉及钻塔，例如钻架，所述钻塔设有如本文中所述的两个管件放置和钻井中心搬运装置。例如，钻架布置在两个管件存储机架之间，其中所述装置中的每个可操作用于利用其运动臂组件中的两个而在相关联的机架与作业线之间传送管件，并且其中最下方的第三组件可作为支撑运动臂的钻井中心工具来操作。例如，所述钻塔与两个钻井中心工具存储结构组合，每个钻井中心工具存储结构在相应的装置的运动臂的可及范围内，例如，在钻台的相对侧上。
本发明还涉及钻井中心工具搬运系统，所述钻井中心工具搬运系统包括用于在具有钻井中心的钻台处使用的两个钻井中心工具搬运装置，每个钻井中心工具搬运装置包括：
-竖直轨道，
-运动臂组件，所述运动臂安装在所述竖直轨道上，
其中每个运动臂组件包括可通过竖直驱动器沿所述竖直轨道竖直移动的基部、以及连接至所述基部的运动臂，所述运动臂具有用于钻井中心工具的机械式连接器，所述钻井中心工具至少包括铁钻工，
其中所述系统进一步包括：两个钻井中心工具存储结构，每个钻井中心工具存储结构位于相应钻井中心工具搬运装置的运动臂可及范围内，例如，在钻台的相对侧上，
并且其中所述系统进一步包括第一铁钻工和第二铁钻工，
其中所述运动臂设置成连接钻井中心工具，同时存储在所述存储结构中，并且将所连接的钻井中心工具传送至所述钻井中心上方的操作位置。
如优选地，每个钻井中心工具搬运装置的相同的竖直轨道向上延伸到使得两个另外的运动臂组件安装在所述轨道上，所述另外的运动臂组件设有管件夹持构件，以允许在管件存储装置与作业线之间传送管件。
所述钻井中心工具搬运系统例如允许省时的方法，其中所述运动臂中的一个设有所述第一铁钻工装置，所述第一铁钻工装置随后用于管柱在作业线中组装或拆卸的过程，同时在该过程中，所述第二铁钻工已设置为搬运与由第一铁钻工所搬运的管件的直径不同的管件。一旦不再需要该第一铁钻工，那么则该第一铁钻工回缩，并且另一个运动臂被操作用来将准备好的第二铁钻工移入钻井中心上方的位置上。由此，当在不同直径的管件之间进行切换时，不会浪费时间。本发明还涉及这种方法。
附图说明
现将参考附图对本发明进行更详细地描述。在附图中：
图1示出具有根据本发明的系统的钻井船的平面图，
图2以更大比例尺示出图1的一部分，
图3示出具有根据本发明的系统的钻井船的一部分的侧立体图，
图4示出具有根据本发明的系统的钻井船的一部分的侧视图，
图5示出具有根据本发明的系统的钻井船的一部分的前视图，
图6示出具有根据本发明的系统的钻井船的一部分的立体图，
图7示出图6的系统的放置器组件，
图8以侧视图示出图7的放置器组件，部分为线框，
图9以俯视图示出图7的放置器组件，
图10示出通过具有支撑铁钻工装置的下部组件的放置器组件而对管件进行搬运，
图11示出图6的船的一部分的平面图，
图12示出根据本发明的第二方面的指板圆盘的俯视图，
图13a、图13b分别示出适于钻管的指板圆盘构件和适于套管的指板圆盘构件，在其上没有闩锁装置，
图14a、图14b示出图13a、图13b的在其上设有闩锁装置的圆盘构件，
图15示出图6的钻井船的一部分，其具有替代性的钻挖管件存储机架，
图16示出包括工具存储装置的图12的指板圆盘的俯视图。
具体实施方式
现在将参考图1至图5来对装配有根据本发明的井孔钻挖系统的油气海上钻井船的实施方案进行描述。
这里，船1为具有船体2的单体船，其中船井3延伸穿过船体。钻塔(这里即为钻架4)安装在船体上，在本文中其位于船井3上方。钻架是与提升装置(在本领域，称为钻井绞车)相关联的，在所示的实施方案中该提升装置沿着延伸穿过船井3的钻架的外侧(这里即为钻架4的前部和后部)且在其上形成两条作业线5、6。
设有钻台25，该钻台25具有钻井中心27，钻柱沿作业线(这里为作业线5)穿过该钻井中心27。
作业线5设计用于执行钻挖，并且这里包括适于旋转驱动钻柱的钻柱旋转驱动器(这里为顶驱动器7或其他旋转驱动器)。
船1装配有两个钻挖管件旋转存储机架10、11，所述钻挖管件旋转存储机架适于沿竖直方向存储多个钻挖管件15，优选多接头式管件。如从图1和图2可见，该船具有纵向中心轴线300，并且钻挖管件旋转存储机架10、11是相对于所述纵向中心轴线300对称布置在钻挖钻架4的相对侧上。
优选地，如图5可见，每个钻挖管件旋转存储机架可旋转地安装在船上，以便围绕竖直轴线旋转。特别来说，钻挖管件旋转存储机架10可绕旋转轴线30旋转。下部轴承12在机架的下端可见，其将机架10连接至船体2。另外，优选地，上部轴承32存在于机架顶端处，其将所述顶端连接至支撑框架33。这里，支撑框架将旋转机架顶端连接至钻架4。
如本领域已知，每个钻挖管件旋转存储机架10、11包括用于将多个管件沿竖直方向存储在每个钻挖管件旋转存储机架中的狭槽。如本领域已知，这里，机架10、11包括中心竖直支柱10a、11a以及处于所述支柱的不同高度的多个指板圆盘15a、15b、15c，至少一个指板圆盘是具有管件存储狭槽的指板圆盘，每个狭槽在所述指板圆盘的外圆周处具有开口，从而允许引入管件以及从所述存储狭槽中移除管件。应可设想的是，在优选实施方案中，以使管件的下端放置在最下方的圆盘构件15d上的方式来安置管件。在图1至图5所示的示例中，应可设想的是，将三角支架存储在机架10、11中。每一机架10、11直径大约为8米。
同样示意性地指明的是，用于第一钻挖管件旋转存储机架10和第二钻挖管件旋转存储机架11中的每一个的驱动马达18、19使得钻挖管件存储机架绕其竖直轴线旋转。在可能的实施方案中，驱动马达18、19具体设置成用于机架的分度驱动器的部件，使得每个机架可进入到多个预定旋转位置上。
船1还包括了水平架空步道机器(catwalk machine)80，所述水平架空步道机器80位于甲板上，并且与相关的作业线对准且允许从远程位置向作业线或向直立搭建位置引入管件，例如，从用于钻挖管件在船体后部部分和/或甲板存储装置中的水平存储的保持器件向作业线或向直立搭建位置引入管件。起重机17设置用于将管件放在架空步道机器80上以及从中移除它们。如优选地，架空步道机器80布置在船的位于甲板上的中心纵向轴线300上。船1还包括了钻工房85。
在所示实施方案中，在钻架4的全部四个拐角处，提供四个管件放置装置40、40'、40"、40"'，其中两个中的每个都邻近作业线5、6，而另外两个中的每个都邻近钻挖管件旋转存储机架10、11：
-管件放置装置40布置成在第一钻挖管件存储机架10与作业线5之间传送管件，
-管件放置装置40'布置成在第一钻挖管件存储机架10与作业线6之间传送管件，
-管件放置装置40"布置成在第二钻挖管件存储机架11与作业线5之间传送管件，
-管件放置装置40"'布置成在第二钻挖管件存储机架11与作业线6之间传送管件。
根据本发明的管件放置装置(特别是管件放置装置40，如图4可见)包括下部第一管件放置器组件41、第二管件放置器组件42、以及第三管件放置器组件43，所述第二管件放置器组件可在高于第一管件放置器组件的高度处运行。虽然仅针对管件放置器组件42、43进行说明，但是每个管件放置器组件都包括：基部42b、43b；连接至所述基部42b、43b的运动臂42m、43m；以及连接至或可连接至所述运动臂42m、43m并适于夹持管件的管件夹持构件42t、43t。
第一管件放置器组件41的基部能够在降低的操作位置(在该操作位置中对应的夹持构件可将管件放入钻挖管件存储机架中及从钻挖管件存储机架中移除管件)与升高的位置之间竖直地移动。如果所述第一管件放置器组件移至升高的位置上，那么第三管件放置器组件43的基部还能够至少在钻井中心维护位置(即，位于第一管件放置器组件的基部的降低操作位置下方的位置)与第一管件放置器组件的所述基部的降低操作位置之间竖直移动。在第三管件放置器组件43的基部处于第一管件放置器组件41的基部的所述降低的操作位置上并且管件夹持构件连接至运动臂的情况下，第三管件放置器组件43可与第二管件放置器组件42组合(例如，在第一管件放置器组件41发生故障的情况下)运行用于在作业线5与钻挖管件存储机架10之间进行管件传送。
为了提供竖直可移动性，沿竖直轨道44来引导基部41b、43b。任选地，如图1和图2的俯视图可见，管件放置装置包括设有所述一个或多个轨道的竖直立柱构件45、45'、45"、45"'，所述立柱构件45、45'、45"、45"'支撑所述管件放置器组件。
每个管件放置装置40、40'、40"、40"'适于通过所述管件放置器组件来夹持和保持钻挖管件，其中管件重量分布在管件放置器组件的运动臂上，并且管件放置装置适于将管件放入钻挖管件存储机架中以及从钻挖管件存储机架中移除管件。
每个管件放置装置40、40'、40"、40"'具有可及范围，从而至少允许在钻挖管件存储机架10、11与管件同作业线5、6在钻井中心上方对准的位置之间传送由所述第一管件放置器组件和所述第二管件放置器组件所夹持的管件，以便允许管柱(例如，钻柱或套管柱)的搭建和拆卸。
所述系统进一步包括一个或多个钻井中心工具51、52、53，每个钻井中心工具51、52、53适于在钻台25的钻井中心27上方操作。任选的钻井中心工具是：
-铁钻工，所述铁钻工用于带螺纹的管件接头的组装和拆卸，
-升高的备用系统夹具，所述升高的备用系统夹具适于将钻柱顶端在所述钻台上方的提升的位置处夹紧，
-引导滑轮，所述引导滑轮用于将被引入到所述井孔中的一条或多条管路，
-螺纹润滑油注射器，所述螺纹润滑油注射器适于清洁带螺纹的管件端部并且润滑所述带螺纹的管件端部，
-泥斗，所述泥斗适于在脱扣时捕获泥浆，以便取回泥浆，从而重新使用所述泥浆。
在所示实施方案中，每个钻井中心工具51、52、53适于通过连接至所述运动臂43m的管件夹持构件43t而被夹持。
根据本发明的第一方面，在第三管件放置器组件43的基部43b处于钻井中心维护位置并且钻井中心工具51、52或53被连接至其运动臂43m的情况下，钻井中心工具51、52或53可在钻台25上方操作，同时第一管件放置器组件41可与第二管件放置器组件42组合地进行操作，用于在作业线5与钻挖管件存储机架10之间进行管件传送。优选地，钻井中心工具具有可连接至运动臂43m的相同的机械连接器。
根据本发明的可能的实施方案，设置钻井中心工具存储结构55，其适于在其中存储可连接至第三管件放置器组件43的运动臂43m的一个或多个钻井中心工具51、52、53、54a、54b。如优选地且如图4可见，所述钻井中心工具存储结构55适于至少在多个相互叠置的水平面处将钻井中心工具51、52、53存储在其中。还能够以彼此相邻的方式来存储钻井中心工具54a、54b，如图1和图2的俯视图中可见。
所述钻井中心工具存储结构55布置成使得在其中存储的所述一个或多个钻井中心工具51、52、53、54a、54b在第三管件放置器组件43可及范围内，以便当钻井中心工具存储在钻井中心工具存储结构55中时，允许钻井中心工具连接至运动臂43m。
现在参考图6至图11来描述根据本发明的钻井钻挖系统的另一实施方案。
在图6中，示出了钻架4(其在图6中以顶部截面示出，其包括已移除的钻井绞车和顶驱动器)、钻台25、以及钻井中心27。
另外示出了用于管件(例如，钻管和套管，这里为多接头式管件)的存储机架10、11。
在钻架4的面向钻台25的侧部上，安装两个管件放置装置140和140'，每个管件放置装置140和140'位于钻架4的拐角处。如果不存在钻架，例如，在分格井架的情况下，则支撑结构可设置成形成管件放置装置140和140'相对钻台25和钻井中心27的类似布置。
如优选地，每个管件放置装置140、140'具有多个，这里为三个放置器组件。这里为下部第一管件放置器组件141、141'、第二管件放置器组件142、142'、以及第三放置器组件143、143'，所述第二管件放置器组件可在高于所述第一管件放置器组件的高度处进行操作。
每组放置器组件布置在共用竖直轨道145、145'上，所述共用竖直轨道被固定至钻架4，这里每个放置器组件在钻架拐角处。
在图6中(在图10的绘图中更好地看出)，钻管多接头式管件15由放置器组件142'和141'保持在位于钻井中心27上方的作业线中，由此允许将管件15连接至例如通过钻台25中或位于钻台25上的未示出的钻柱滑移装置来支撑的钻柱。所述组件142'和141'中的每个在组件的运动臂的端部处承载管件夹持构件142't和141't。
其他的放置装置140的下部放置器组件143承载铁钻工装置150(这里也是利用在铁钻工装置150上的旋转器151进行承载)。
如从图7至图9可见，运动臂141m这里具体设置成可伸缩的延展臂，该臂具有第一臂段141m–1，所述第一臂段141m–1经由竖直轴线轴承147而连接至基部141b，从而允许运动臂141m围绕竖直轴线旋转。如优选地，该竖直轴线形成唯一的运动臂旋转轴线。该运动臂具有另外两个可伸缩的臂段141m-2和141m-3，其中外部臂段设有用于管件夹持装置141't的连接器148和/或钻井中心工具(例如，铁钻工装置150)。
有利地，可伸缩的延展臂可在与延伸方向相反的方向上回缩。由于此实施方案的可伸缩的延展臂在与延伸方向相反的方向上延伸超过竖直轴线轴承147时，因而可实现非常紧凑的回缩位置，如图11的虚线R所指示。夹持装置141't在运动臂141m下方的位置进一步有助于紧凑的回缩位置。
如图8可见，在示例中示出了在第一臂段与第二臂段之间存在液压缸152，并且另一汽缸153存在于第二臂段与第三臂段之间。每个汽缸152、153可操作使得所述臂延伸和回缩。例如，放置器组件设有包括电机驱动泵、箱、以及阀的独立液压单元154。
在图6、图9、以及图10中，可认识到每个管件放置装置包括竖直导轨145，每个管件放置器组件的基部141b的对应引导构件接合到所述竖直导轨145上。在这个示例中，基部141b承载四组辊子149，每组各自包括了三个辊子，其中两个辊子149沿轨道145的凸缘的相对面滚动，而一个辊子沿凸缘的横向侧部滚动。
管件放置装置进一步包括竖直有齿机架160，所述有齿机架布置成平行于所述竖直导轨145。这里，有齿机架160安装在轨道145上，这里为安装在轨道的介于轨道145的两个凸缘之间的前板上。
管件放置器组件141的基部141b设有一个或多个(这里即为两个)小齿轮161，所述小齿轮161与所述竖直有齿机架160接合。所述基部设有一个或多个(这里为两个)马达162，所述马达驱动小齿轮以允许放置器组件141进行受控的竖直运动。
如优选地，驱动一个或多个小齿轮161的一个或多个马达162为电动机。在实施方案中，在对所述一个或多个竖直运动马达供电的电力电路中包括超级电容器，这允许临时存储可在组件向下运动过程中由所述一个或多个马达所产生的电力。随后，可将该电能再次用于向上运动。
就减少零件数量而言，优选所有的运动臂都是相同的，使得仅需有限的备用零件。例如，在船上存储单个完整的运动臂、或者单个完整的放置器组件。
就减少零件数量而言，优选在基部141b与运动臂141m之间的竖直轴线轴承147布置在轴承外壳147a中，所述轴承外壳147a可释放地附接至放置器组件的基部141b。如这里所描绘，基部141b设有用于轴承外壳147a的左侧附接位置“L”(如图7指示)和右侧附接位置(如图7使用)两者，这允许在放置装置140和140'的每个中使用相同的基部。如优选地，附接位置由在其中具有孔的基部以及其中具有配合孔的外壳147a上的元件形成，使得一个或多个连接器销156可以用来将外壳固定至基部。
如图10所示，运动臂组件143将铁钻工装置150保持在钻井中心上方，从而实现作业线5中的管件之间连接的组装和拆卸。同时，其他的运动臂组件143'可装配有第二铁钻工装置，所述第二铁钻工装置随后已准备用于搬运不同直径的管件。
如已说明的，如果例如组件141'无法操作，那么任务可由相同轨道145'上的组件143'取代进行，这是因为其可快速装配管件夹持器并被引入适于管件放置的水平面处。例如，组件141'随后被升高以用于为组件143'腾出空间。
在图11中示出了机架11的指板圆盘15a。如图可见，机架11沿钻架4的横向侧部布置，其中具有作业线5的钻台25位于钻架4前部，并且立管搬运侧位于钻架4后部。
如图可见，在实施方案中，可以设想的是，如本申请所述的一个或多个放置装置和/或其组件存在于所述立管搬运侧处，这里为钻架4的与钻挖侧(在钻挖侧处设有组件141')相对的组件141"'。例如，可以将立管夹持工具布置在存储结构55"中，从而以如本文所述方式而机械互连至组件141"'的运动臂。可在钻架的立管搬运侧处使用的另一个工具例如是用于拧紧或释放将立管段互连的螺栓的螺栓连接工具。如优选地，另外的竖直轨道145”'也存在于所述立管搬运侧。
示出了根据本发明的第二方面而实施的指板圆盘15a，所述指板圆盘设在中心竖直支柱11a周围。指板圆盘15a包括多个管件存储狭槽，每个狭槽在指板圆盘的外圆周处具有开口，从而允许引入管件以及从存储狭槽中移除管件。
现在将参考图12、图13a、图13b、图14a和图14b而进行更详细地说明，所述指板圆盘15a是由多个指板圆盘构件构成，这里为十个指板圆盘构件115a至115j。
在本发明的第二方面的优选实施方案中，一些指板圆盘构件115a至115e具有第一宽度的狭槽(这里用以容纳套管)，并且一些圆盘构件115f至115j具有不同的第二宽度的狭槽(这里用以容纳钻管)。如图可见，可设想的是，相邻的圆盘构件可在它们相互连接的侧部形成另外的狭槽。
如优选地，设有不同宽度的狭槽的圆盘构件的内部连接部分(该内部连接部分适于连接至中心支柱11a)以及它们的毗邻相邻圆盘构件的侧部是相同的，以便允许指板圆盘15a中的圆盘构件进行任何的组合，从而就船所执行的操作而言，使得机架11的存储容量得以优化。例如，每个圆盘构件具有以36度角度散开的侧部，使得十个圆盘构件构成整个圆盘。当然，也能够将指板圆盘15a划分成其他数量的圆盘构件，例如，八个或十二个圆盘构件。
如优选地，所有圆盘构件具有相同的连接器部分，该连接器部分适于将圆盘构件连接至中心支柱11a。如优选地，每个圆盘构件在其内端具有一系列孔116，螺栓或销可穿过该孔116进行装配，以便将圆盘固定至中心支柱11a。
在实施方案中，指板圆盘构件115a至115f具有三个较深的狭槽，并且在两个较深的狭槽之间存在一个深度降低的狭槽，例如，所述较深的狭槽容纳九个钻管支架，而深度减小的狭槽容纳三个钻管支架。
在一个实施方案中，圆盘构件115g至115i具有用以容纳套管支架的两个较深的狭槽，例如，每个所述狭槽容纳四个套管支架。
如图14a、图14b所示，可设想的是，指板圆盘构件115a至115f、115g至115i可预先装配有闩锁装置，所述闩锁装置具有闩锁构件，所述闩锁构件将每个管件固定在狭槽的位置处，例如，(如该示例中的那样)每个闩锁构件具有可枢转闩锁指状件117，所述可枢转闩锁指状件可在固定位置上延伸横跨狭槽并且可枢转至释放位置，例如，通过相关联的致动器(例如，气压缸或液压缸)进行枢转。
如这里所说明，可设想的是，指板圆盘构件115a至115i可通过管件放置器组件而被夹持或以其他方式接合，并且借助所述组件而沿塔的高度移动(例如，在圆盘构件的交换过程中)，以便更改机架存储容量。例如，保持器可滑动到圆盘的狭槽中，该保持器具有管件卡头，所述管件卡头可由管件夹持装置夹持，以使圆盘通过保持器而有效地保持并且可沿塔的高度进行运送。
图15中示出图6的钻井船的一部分，其中钻挖管件存储机架11在其底部部分设有工具存储结构200。因此，该机架用于比机架10更短的管件。还可构想其他配置，例如，其中工具存储结构设在钻挖管件存储机架11的中心部分处，并且较短(单个)的管件被存储在工具存储结构200的上方和下方。优选地，管件放置装置的至少两个管件放置器组件可进入工具存储结构中。钻挖管件存储机架11中工具存储结构的优点在于，钻架4的两侧的管件放置装置可进入工具存储结构200中。
在图16中示出替代性的指板圆盘的俯视图，其包括工具存储隔室201，在所示实施方案中为两个工具存储隔室。可构想的是，整个扇形区域部段为工具存储隔室，但是也可构想的是，所述扇形区域部段的上部部分或底部部分也适于存储管件。

Claims (22)

1.一种井孔钻挖系统，其包括：
-钻塔，
-钻台，所述钻台具有钻井中心，钻柱沿作业线穿过所述钻井中心，
-钻挖管件存储机架，所述钻挖管件存储机架适于沿竖直方向来存储多个钻挖管件，
-管件放置装置，所述管件放置装置具有至少一个下部第一管件放置器组件以及至少一个第二管件放置器组件，所述第二管件放置器组件能够在高于所述第一管件放置器组件的高度处进行操作，每个管件放置器组件包括基部、连接至所述基部的运动臂、以及能够连接至所述运动臂并适于夹持管件的管件夹持构件，
其中，在管件夹持构件连接至管件放置器组件的运动臂的情况下，所述管件放置装置适于通过所述管件放置器组件来夹持和保持钻挖管件，并且其中所述管件放置装置适于将管件放入所述钻挖管件存储机架中以及从所述钻挖管件存储机架中移除管件，
并且，所述管件放置装置具有可及范围，从而至少允许在所述钻挖管件存储机架与所述管件在钻井中心上方与所述作业线对准的位置之间传送由所述第一管件放置器组件和所述第二管件放置器组件所夹持的管件，以便允许搭建和拆卸管柱，
其中，所述系统包括一个或多个钻井中心工具，每个钻井中心工具适于在所述钻台的所述钻井中心上方操作，
其中，下部第一管件放置器组件的运动臂设有连接器，并且至少一个钻井中心工具设有互补的连接器，
其中，在至少一个钻井中心工具连接至下部管件放置器组件的运动臂的情况下，所述钻井中心工具在钻台上能够操作，
其中所述运动臂是可伸缩的延展臂，该运动臂具有第一臂段，所述第一臂段经由竖直轴线轴承而连接至基部，从而允许所述运动臂围绕所述竖直轴线旋转，所述运动臂包括一个或多个另外的可伸缩的臂段。
2.一种井孔钻挖系统，其包括：
-钻塔，
-钻台，所述钻台具有钻井中心，钻柱沿作业线穿过所述钻井中心，
-钻挖管件存储机架，所述钻挖管件存储机架适于沿竖直方向来存储多个钻挖管件，
-管件放置装置，所述管件放置装置具有至少一个下部第一管件放置器组件以及至少一个第二管件放置器组件，所述第二管件放置器组件能够在高于所述第一管件放置器组件的高度处进行操作，每个管件放置器组件包括基部、连接至所述基部的运动臂、以及能够连接至所述运动臂并适于夹持管件的管件夹持构件，
其中，在管件夹持构件连接至管件放置器组件的运动臂的情况下，所述管件放置装置适于通过所述管件放置器组件来夹持和保持钻挖管件，并且其中所述管件放置装置适于将管件放入所述钻挖管件存储机架中以及从所述钻挖管件存储机架中移除管件，
并且，所述管件放置装置具有可及范围，从而至少允许在所述钻挖管件存储机架与所述管件在钻井中心上方与所述作业线对准的位置之间传送由所述第一管件放置器组件和所述第二管件放置器组件所夹持的管件，以便允许搭建和拆卸管柱，
其中，所述系统包括一个或多个钻井中心工具，每个钻井中心工具适于在所述钻台的所述钻井中心上方操作，
其中，下部第一管件放置器组件的运动臂设有连接器，并且至少一个钻井中心工具设有互补的连接器，
其中，在至少一个钻井中心工具连接至下部管件放置器组件的运动臂的情况下，所述钻井中心工具在钻台上能够操作，
所述系统还包括钻井中心工具存储结构，其适于在其中存储能够连接至第一管件放置器组件的运动臂的一个或多个钻井中心工具，
其中，所述钻井中心工具存储结构布置成使得在其中存储的所述一个或多个钻井中心工具在所述第一管件放置器组件的可及范围内，从而允许在钻井中心工具存储在钻井中心工具存储结构中的时候钻井中心工具连接至运动臂。
3.一种井孔钻挖系统，其包括：
-钻塔，
-钻台，所述钻台具有钻井中心，钻柱沿作业线穿过所述钻井中心，
-钻挖管件存储机架，所述钻挖管件存储机架适于沿竖直方向来存储多个钻挖管件，
-管件放置装置，所述管件放置装置具有至少一个下部第一管件放置器组件以及至少一个第二管件放置器组件，所述第二管件放置器组件能够在高于所述第一管件放置器组件的高度处进行操作，每个管件放置器组件包括基部、连接至所述基部的运动臂、以及能够连接至所述运动臂并适于夹持管件的管件夹持构件，
其中，在管件夹持构件连接至管件放置器组件的运动臂的情况下，所述管件放置装置适于通过所述管件放置器组件来夹持和保持钻挖管件，并且其中所述管件放置装置适于将管件放入所述钻挖管件存储机架中以及从所述钻挖管件存储机架中移除管件，
并且，所述管件放置装置具有可及范围，从而至少允许在所述钻挖管件存储机架与所述管件在钻井中心上方与所述作业线对准的位置之间传送由所述第一管件放置器组件和所述第二管件放置器组件所夹持的管件，以便允许搭建和拆卸管柱，
其中，所述系统包括一个或多个钻井中心工具，每个钻井中心工具适于在所述钻台的所述钻井中心上方操作，
其中，下部第一管件放置器组件的运动臂设有连接器，并且至少一个钻井中心工具设有互补的连接器，
其中，在至少一个钻井中心工具连接至下部管件放置器组件的运动臂的情况下，所述钻井中心工具在钻台上能够操作，
其中，所述运动臂经由竖直轴线轴承而连接至基部，从而允许所述运动臂围绕所述竖直轴线旋转。
4.根据权利要求1、2或3所述的井孔钻挖系统，其中所述管件夹持构件连接至所述运动臂的连接器，并且所述钻井中心工具适于在管件夹持构件首先被从所述运动臂移除后，连接至所述运动臂。
5.根据权利要求1、2或3所述的井孔钻挖系统，其中，所述运动臂的连接器为机械式连接器。
6.根据权利要求2所述的井孔钻挖系统，其中，所述运动臂是可伸缩的延展臂，该运动臂具有第一臂段，所述第一臂段经由竖直轴线轴承而连接至基部，从而允许所述运动臂围绕所述竖直轴线旋转，所述运动臂包括一个或多个另外的可伸缩的臂段。
7.根据权利要求1、2或3所述的井孔钻挖系统，其中，邻近管件存储机架设有两个管件放置装置，每个管件放置装置包括具有运动臂的下部管件放置组件，所述运动臂设有用于钻井中心工具的连接器。
8.根据权利要求1或3所述的井孔钻挖系统，所述系统还包括钻井中心工具存储结构，其适于在其中存储能够连接至第一管件放置器组件的运动臂的一个或多个钻井中心工具。
9.根据权利要求8所述的井孔钻挖系统，其中，所述钻井中心工具存储结构布置成使得在其中存储的所述一个或多个钻井中心工具在所述第一管件放置器组件的可及范围内，从而允许在钻井中心工具存储在钻井中心工具存储结构中的时候钻井中心工具连接至运动臂。
10.根据权利要求1、2或3所述的井孔钻挖系统，其中，所述系统包括多个钻井中心工具，所述钻井中心工具具有相同的能够连接至第一管件放置器组件的运动臂的连接器的机械式连接器。
11.根据权利要求1、2或3所述的井孔钻挖系统，其中所述系统包括下列钻井中心工具中的至少一种：
-铁钻工，其用于带螺纹的管件接头的组装和拆卸，
-升高的备用系统夹具，所述升高的备用系统夹具适于将钻柱顶端夹紧在所述钻台上方的提升的位置处，
-引导滑轮，所述引导滑轮用于将被引入到所述井孔中的一条或多条管路，
-螺纹润滑油注射器，所述螺纹润滑油注射器适于清洁带螺纹的管件端部并且将润滑油注入所述带螺纹的管件端部，
-泥斗，所述泥斗适于在脱扣时捕获泥浆，以便取回泥浆，从而重新使用所述泥浆。
12.根据权利要求1、2或3所述的井孔钻挖系统，其中，第一钻挖管件存储机架和第二钻挖管件存储机架设置在钻塔的相对侧上，并且第一管件放置装置设置成在第一钻挖管件存储机架与作业线之间传送管件，而第二管件放置装置设置成在第二钻挖管件存储机架与作业线之间传送管件。
13.根据权利要求1、2或3所述的井孔钻挖系统，其中，所述管件放置装置的一个或多个管件放置器组件设有基部，所述基部沿着共用的竖直导轨被引导。
14.一种海上钻井船，所述海上钻井船包括：
-船体，
-根据权利要求中1、2或3所述的井孔钻挖系统。
15.根据权利要求14所述的海上钻井船，其中，船井存在于所述船体中，并且钻挖结构是位于所述船井处或船井附近的钻架，所述钻挖结构具有沿所述钻架的外侧且在所述外侧上的作业线。
16.一种钻挖方法，其中利用根据权利要求1、2或3所述的井孔钻挖系统。
17.根据权利要求16所述的钻挖方法，所述方法包括以下步骤：
-通过第一管件放置器组件和第二管件放置器组件夹持钻挖管件存储机架中的管件，
-保持管件并从所述钻挖管件存储机架中移除所述管件，并且将所述管件传送至所述管件在所述钻井中心上方与所述作业线对准的位置，从而用于搭建管柱，
-中断管柱的搭建，
-借助在所述钻井中心上方的第一放置器组件来保持钻井中心工具，所述第一管件放置器组件的基部处于钻井中心维护位置上，
-在所述钻台上操作所述钻井中心工具。
18.一种井孔钻挖系统，其包括：
-钻塔，
-钻台，所述钻台具有钻井中心，钻柱沿作业线穿过所述钻井中心，
-钻挖管件旋转存储机架，所述钻挖管件旋转存储机架适于沿竖直方向来存储多个钻挖管件，
所述钻挖管件旋转存储机架能够围绕竖直轴线旋转并且具有用于在竖直方向上存储多个管件的存储狭槽，所述钻挖管件旋转存储机架包括用以使得所述钻挖管件旋转存储机架围绕其竖直轴线旋转的驱动器，
所述钻挖管件旋转存储机架包括中心竖直支柱以及处于所述支柱上的不同高度处的多个圆盘，至少一个圆盘是具有管件存储狭槽的指板圆盘，每个狭槽在所述指板圆盘的外圆周处具有开口，从而允许引入管件以及从所述存储狭槽中移除管件，
-管件放置装置，所述管件放置装置具有至少一个下部第一管件放置器组件以及至少一个第二管件放置器组件，所述第二管件放置器组件能够在高于所述第一管件放置器组件的高度处进行操作，每个管件放置器组件包括基部、连接至所述基部的运动臂、以及能够连接至所述运动臂并适于夹持管件的管件夹持构件，
其中，所述管件放置装置适于通过所述管件放置器组件来夹持和保持钻挖管件，并且所述管件放置装置适于将管件放入所述钻挖管件旋转存储机架中以及从所述钻挖管件旋转存储机架中移除管件，
并且其中，所述管件放置装置具有可及范围，从而至少允许在钻挖管件旋转存储机架与所述管件在钻井中心上方与作业线对准的位置之间传送由所述第一管件放置器组件和所述第二管件放置器组件所夹持的管件，以便允许管柱的搭建和拆卸，
其特征在于，至少一个指板圆盘是由能够释放地连接至中心支柱的多个指板圆盘构件构成，
并且其中，至少一个管件放置器组件能够竖直移动并被设置为在安装所述指板圆盘构件和/或从所述竖直支柱上拆下所述指板圆盘构件过程中保持指板圆盘构件，所述运动臂设有夹持构件，所述夹持构件适于夹持所述指板圆盘构件，并且其中所述管件放置器组件用于竖直运输所夹持的指板圆盘构件。
19.根据权利要求18所述的井孔钻挖系统，其中，所述指板圆盘构件设有闩锁装置，所述闩锁装置适于闩锁保持在所述指板圆盘构件的狭槽中的每个单独的管件。
20.一种海上钻井船，所述海上钻井船包括：
-船体，
-根据权利要求18所述的井孔钻挖系统。
21.一种用于指板圆盘构件的交换的方法，其中利用根据权利要求18所述的井孔钻挖系统。
22.根据权利要求21所述的用于指板圆盘构件的交换的方法，其包括以下步骤：
-保持被连接至所述中心支柱的一个或多个第一指板圆盘构件，
-从竖直支柱上拆下所述第一指板圆盘构件，
-将所述第一指板圆盘构件从所述竖直支柱运输至远程位置，
-夹持被连接至所述中心支柱的一个或多个第二指板圆盘构件，
-将所述第二指板圆盘构件运输至所述竖直支柱，
-将所述第二指板圆盘构件安装至所述竖直支柱。
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