CN109477362A - 用于运输钻管的方法和装备 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于将钻管(12)运输到钻机的钻柱(14)和/或从钻机的钻柱运离钻管的方法，钻柱包括多个连接的钻管(12)，该方法包括：重复地将单个钻管(12)一个接一个地从下部区域(28)提升到与钻柱(14)的上部端部(32)邻近的上部区域(30)/从与钻柱的上部端部邻近的上部区域降低到下部区域。本公开还提供了一种用于将钻管(12)运输到钻柱(14)的装备(10)和包括该装备(10)的钻机。

Description

用于运输钻管的方法和装备

技术领域

本公开大体涉及将钻管运输到钻机的钻柱以及将钻管从钻机的钻柱运离。具体地，本公开提供了一种用于将钻管运输到钻机的钻柱的方法，该钻柱包括多个连接的钻管；一种用于将钻管从钻柱运离的方法；以及用于这些目的的装备。

背景技术

在油井和气井的钻井中，钻柱通常悬挂在钻机上的井架上，所述钻柱包括多个连接的钻管和安装在其下部端部上的钻头。钻柱可以通过转环悬挂在井架中的游动滑车上，该转环使得能够通过通常悬挂在游动滑车下方的顶部驱动器来将旋转力施加到钻柱上以推进钻井孔的深度。随着井孔的深度增加并且钻柱降低或下钻，连接的钻管的附加区段在钻柱的上部端部处添加到钻柱。

钻柱有时也需要从井孔中拉出或升钻(即提升钻柱)，例如当钻探操作完成时或者如果要更换钻头时。当钻柱已经被拉动直到连接的钻管的区段位于钻机的钻台上方时，连接的钻管的区段从钻柱的其余部分旋下并从其中移除。

WO 2006075914 A1公开了一种用于处理和存储由多个钻管组成的钻柱区段以及用于在钻探装备上组装或拆卸钻柱的装置。装置包括上部指杆台(fingerboard)和下部指杆台，以用于将竖直钻柱区段定位在存储区域中以及将钻柱区段保持在选定的存储位置上。上部指杆台和下部指杆台各自设置有运输器件组，以用于钻柱区段沿着导轨大致水平移位。装置还包括分别紧靠上部指杆台和下部指杆台定位的装备，以用于将钻柱区段连结到钻柱或从钻柱上分离钻柱区段。

EP 0267002 A2公开了一种用于在井孔中心线和支架组件之间移动钻杆立根的设备，该钻杆立根由多件钻管组成。装备包括臂，该臂具有安装在其上的夹持头，并且臂可相对于安装在钻机工作台上的托架伸展和缩回。

发明内容

在WO 2006075914 A1和EP 0267002 A2中描述的装备中，多个钻管连接成钻杆立根并且在连接到钻柱之前(或从钻柱拆卸之后)存储在中间位置处。因此，这些装备需要钻机包含用于钻杆立根的存储空间。这增加了钻机结构的复杂性。此外，钻杆立根的高度增加了井架的总高度，并从而增加了井架的结构尺寸、不稳定性和成本。

本公开的一个目的是提供一种用于将钻管运输到钻机中的钻柱的有效、简单且可靠的方法。

本公开的另一个目的是提供一种用于将钻管运输到钻机的钻柱以及将钻管从钻机的钻柱运离的方法，该方法使得能够有效(快速)地将钻管供应到钻柱中，该钻柱连续地移入或移出井。

本公开的又一个目的是提供一种用于将钻管运输到钻机中的钻柱的方法，该方法使得能够降低钻机的高度。

本公开的另一个目的是提供一种用于将钻管运输到钻机中的钻柱的方法，该方法减少或消除了对用于钻管的存储空间的需要，例如沿着往返钻柱的运输路径的中间存储空间。

本公开的又一个目的是提供一种用于将钻管从钻机中的钻柱运离的方法，该方法实现了一个或多个上述目的。

本公开的另一个目的是提供一种用于将钻管运输到钻机中的钻柱和/或将钻管从钻机中的钻柱运离的装备，该装备具有有效、简单、可靠和低价的结构，并且使得能够降低钻机的高度并减少对钻机的存储空间的需求。

根据一个方面，提供了一种用于将钻管运输到钻机的钻柱的方法，所述钻柱包括多个连接的钻管，该方法包括重复地将单个钻管一个接一个地从下部区域提升到与钻柱的上部端部邻近的上部区域。

该方法使得能够在钻柱以0.5米/秒的速度移动(例如连续移动)时一个接一个地将单个钻管或者钻杆立根连续地朝向(或远离)钻柱运输，例如钻管以每小时1800米的速度而无需钻管的任何中间存储部或停止部。移除钻管的中间存储部或停止部有助于降低钻机的高度。

该方法可以确保在运输的钻管的每个端部处(例如，在长度的5％内)始终存在夹持机构或支撑机构。这改善了对钻管移动的控制，并且避免例如由于在非常远离一个或两个端部的位置处保持钻管导致的钻管的不安全的摆动。每对夹持机构和/或支撑机构可以称为操纵器对。

当钻管已经被提升到上部区域时，钻管的下部端部可以定位在与钻柱的上部端部基本相同的高度处。替代地，当钻管位于上部区域时，钻管的下部端部可以竖向地定位在钻柱的上部端部上方。

上部区域可以相对于钻柱水平地偏移。替代地，上部区域可以基本位于钻柱上方。

下部区域可以是靠近钻机的钻台的区域。替代地或附加地，下部区域可以是钻机的钻管水平定位的高度处的区域。下部区域可以相对于钻柱水平地偏移。根据一个变型，当钻管位于下部区域时，单个钻管的下部端部定位在与钻台基本相同的高度处。

在整个本公开中，与每个均由多个连接的钻管组成的钻杆立根相比，单个钻管指的是未连接和分离的钻管。根据本公开的钻管可以是直的和刚性的。每个钻管的长度可以是8米至12米，例如大约10米。每个钻管的端部可以带有螺纹以与相邻的钻管或中间接头构件螺纹接合。

重复提升可以是按顺序的，即在第一单个钻管已经从下部区域提升到上部区域之后，第二单个钻管可以从下部区域提升到上部区域。然而，两个分离的提升可以在时间上部分重叠，即在第一单个钻管在下部区域和上部区域之间移动时，第二单个钻管(可能还有一个或多个其它单个钻管)可以同时在下部区域和上部区域之间移动。

钻管可以沿着从下部区域到上部区域的提升而基本上竖向地定向。当钻管位于下部区域时，可以清洁和/或润滑钻管的下部螺纹，即相对于提升移动的后端部。因此，方法还可以包括清洁和/或润滑位于下部区域中的单个钻管的后端部，优选地当钻管处于基本竖向取向时。

顾名思义，上部区域是比下部区域更高的区域。根据一个变型，重复提升在从下部区域到上部区域的基本竖向的方向上进行。然而，可以设想从下部区域到上部区域的替代提升路径，包括倾斜路径。在采用从下部区域到上部区域的倾斜路径的情况下，每个单个钻管可以基本上竖向定向或者基本上平行于提升路径定向。可以沿着一个单个路径或沿着两个或更多个基本平行的路径执行重复提升。

单个钻管可以从下部区域到上部区域移动10至20米的距离，例如大约15米。单个钻管可以以0.2至1.0米/秒(例如0.4至0.8米/秒，例如约0.6米/秒)的速度从下部区域移动到上部区域。

方法可以用于将钻管运输到连续降低的钻柱。此外，方法可以用于将钻管运输到重复降低的钻柱，例如其中钻柱被交替地降低和停止。根据本发开的方法还适用于在钻探时将钻管运输到钻柱。

因此，该方法还可以包括连续降低钻柱。钻柱可以以0.2至1.0米/秒的速度连续降低，例如0.3至1.0米/秒，例如0.4至0.6米/秒，例如0.5米/秒。

替代地，方法可以包括降低钻柱，例如交替地降低和停止钻柱。作为其它替代，方法可以包括在将钻管运输到钻柱的同时用钻柱钻探。

单个钻管的重复提升可以通过至少两个提升装置以交替的方式来执行。以这种方式，能够并行地添加单个钻管以按需增加速度。

当保持单个钻管时(例如，当从下部区域移动到上部区域时)，每个提升装置可以以0.4到0.8米/秒的速度移动，例如约0.6米/秒。当为空时，即当未保持任何钻管时(例如，当从上部区域移动到下部区域时)，每个提升装置可以以0.8至1.2米/秒的速度移动，例如大约1米/秒。

该方法还可以包括重复地将单个钻管一个接一个地从上部区域移动到连接区域，在所述连接区域处钻管可以连接到钻柱的上部端部。当从上部区域移动到连接区域时，每个单个钻管可以基本竖向定向。单个钻管可以一个接一个地连接到连续降低(或升高)的钻柱。

连接区域可以基本定位在钻柱上方。根据一个变型，上部区域和连接区域处于基本相同的高度。在这种情况下，单个钻管从上部区域到连接区域一个接一个的重复移动由基本水平的移动构成。当钻管位于连接区域中时，单个钻管的下部端部可以定位在钻柱的上部端部附近(例如略在其上方)。因此，根据本公开的连接区域可以由其中钻管处于连接位置准备好连接到钻柱的区域(例如沿着钻柱中心线的区域)构成。

该方法还可以包括将连接区域中的单个钻管重复地连接到钻柱的上部端部。可以通过本领域已知的旋拧装置执行连接。

单个钻管从上部区域到连接区域的重复移动可以通过移动装置或通过多个移动装置来执行，如下所述。

可以同时执行单个钻管的重复提升和单个钻管的重复移动。因此，在不同位置处的多个单个钻管可以成列同时朝向钻柱移动。这提供了更快的钻管递送。例如，当第一单个钻管位于上部区域中准备好(或正在)移动到连接区域时，第二单个钻管可以位于下部区域中准备好移动到上部区域。一旦第一单个钻管已经移动到连接区域并且第二单个钻管已经移动到上部区域，则第三单个钻管可以位于下部区域中准备好(或正在)移动到上部区域等。

因此，运输方法类似于输送机，其中在不同位置处的多个单个钻管同时朝向钻柱运输。

该方法还可以包括在下部区域中重复地将单个钻管一个接一个地从基本水平取向倾斜到基本竖向取向。在下部区域中的这种钻管例如在水平和竖向之间的倾斜有助于降低钻机的高度。

因此，根据本公开的方法提供了钻管从在下部区域中的水平取向连续移动到竖向取向、移动到上部区域、移动到连接区域。这种连续移动类似于装配线或列，其中第一钻管的后端部立刻紧接着第二钻管的前端部，例如从下部区域的水平取向一直到连接区域中。钻管在列中的这种运输也有助于降低钻机的高度。

当钻管在下部区域中基本水平定向时，可以清洁和/或润滑上部螺纹(即当钻管已经倾斜时的上部螺纹和当钻管基本水平定向时钻管的前端部处的螺纹)。因此，方法还可以包括清洁和/或润滑位于下部区域中的单个钻管的前端部，优选地当钻管处于基本水平取向时。

单个钻管的重复倾斜可以通过至少两个倾斜装置以交替的方式执行。根据本公开的倾斜装置可以由如下所述的倾斜装置或由挪威专利申请20050166中描述的倾斜装置构成，其中WO 2006075914 A1要求其优先权。

可以同时执行单个钻管的重复倾斜和单个钻管的重复提升。例如，当第一单个钻管在下部区域中基本竖向定向时，第二单个钻管可以在下部区域中基本水平定向。当第一钻管开始从下部区域朝向上部区域提升时，第二钻管开始在下部区域中待(或正在)从基本水平取向倾斜到基本竖向取向。

一旦第一钻管已经被提升到上部区域并且第二钻管已经从基本水平取向倾斜到基本竖向取向，则第三单个钻管可以在下部区域中水平地定向，准备好(或正在)倾斜等。

这种同时的倾斜和提升可以与上述同时的提升和移动一起执行。因此，同时地，第一单个钻管可以从上部区域移动到连接区域，第二单个钻管可以从下部区域提升到上部区域，并且第三单个钻管可以在下部区域中从基本水平取向倾斜到基本竖向取向。

单个钻管可以从上部区域到连接区域移动3至7米的距离，例如大约5米。单个钻管可以以0.3至0.7米/秒(例如约0.5米/秒)的速度从上部区域移动到连接区域。

该方法还可以包括将处于基本水平取向的单个钻管连续地输送到下部区域。输送移动可以从装载区域执行到下部区域。根据本公开的装载区域是其中单个钻管可以装载到输送装置(或从输送装置卸载)的区域。

可以执行输送使得每20秒递送一个单个钻管。因此，在待输送长度约为10米的单个钻管的情况下，输送速度可以为约0.5米/秒。

输送移动可以在基本水平的方向上进行。一个或多个单个钻管可以同时从装载区域输送到下部区域。如上所述，输送可以与倾斜、提升和/或移动同时执行。

例如，当第一单个钻管位于上部区域并且准备好移动到连接区域时，第二单个钻管可以在下部区域中基本竖向定向并且准备好(或正在)提升到上部区域，第三单个钻管可以在下部区域中基本水平定向并且准备好(或正在)倾斜到基本竖向取向，并且第四单个钻管可以在装载区域中基本水平定向并且准备好(或正在)输送到下部区域。

根据另一方面，提供了一种用于将钻管从钻机的钻柱运离的方法，所述钻柱包括多个连接的钻管，该方法包括重复地将单个钻管一个接一个地从与钻柱的上部端部相邻的上部区域降低到下部区域。

该方法使得钻管能够一个接一个地连续运输远离钻柱。除非另有说明，否则如本公开中描述的用于将钻管从钻机的包括多个连接的钻管的钻柱运离的方法与根据本公开的用于将钻管输送到钻柱的方法相反。

该方法还可以包括重复地将连接区域中的单个钻管与钻柱的上部端部断开。

该方法可以用于从连续升高的钻柱运离钻管。此外，方法可以用于从重复升高的钻柱运离钻管，例如其中钻柱交替地升高和停止。

因此，该方法还可以包括连续升高钻柱。钻柱可以以0.2至1.0米/秒的速度连续升高，例如0.3至1.0米/秒，例如0.4至0.6米/秒，例如0.5米/秒。替代地，该方法可以包括升高钻柱，例如交替地降低和停止钻柱。

单个钻管的重复降低可以通过至少两个提升装置以交替的方式来执行。

该方法还可以包括重复地将单个钻管一个接一个地从连接区域移动到上部区域，在所述连接区域中钻管可以从钻柱的上部端部断开。

可以同时执行单个钻管的重复降低和单个钻管的重复移动。

该方法还可以包括在下部区域中重复地将单个钻管一个接一个地从基本竖向取向倾斜到基本水平取向。单个钻管的重复倾斜可以通过至少两个倾斜装置以交替的方式进行。这种倾斜有助于降低钻机的高度和钻管的更快的递送。

单个钻管的重复倾斜可以与单个钻管的重复降低同时执行。

该方法还可以包括从下部区域连续地输送处于基本水平取向的单个钻管。

根据另一方面，提供了一种用于将钻管运输到钻机的钻柱的装备，所述钻柱包括多个连接的钻管，装备包括至少两个提升装置，其中至少两个提升装置构造成以交替的方式将单个钻管一个接一个地从下部区域提升到与钻柱的上部端部相邻的上部区域。

提升装置可以彼此独立地移动。例如，第一提升装置可以在携带单个钻管的同时被提升，并且同时第二空提升装置被降低。

在采用两个提升装置的情况下，提升装置可以彼此面对。第一提升装置可以将第一单个钻管沿着第一路径从下部区域提升到上部区域，并且第二提升装置可以随后将第二单个钻管沿着第二路径从下部区域提升到上部区域，第二路径与第一路径基本平行或与第一路径基本重合。

提升装置可以是适合于将单个钻管从下部区域提升到上部区域的任何类型的提升装置。根据一个变型，每个提升装置包括上部夹持机构和下部夹持机构。在这种情况下，每个提升装置可以构造成利用夹持机构夹持钻管的两个端部(例如，在长度的5％内)。这改善了对钻管移动的控制。此种夹持机构可以由爪构成。

根据替代变型，每个提升装置包括一个(例如，上部或下部)夹持机构和一个(例如，上部或下部)横向支撑机构。此种横向支撑机构可以由大致U形的叉构成，该叉构造成在垂直于其延伸方向的方向上支撑钻管，例如水平支撑基本竖向定向的钻管。

装备还可以包括构造成连续地降低钻柱的装置。装置还可以构造成连续地升高钻柱。装置可以包括上部提升部和下部提升部。此种装置可以是各种设计，例如如US 3194313A中所述。

至少两个提升装置还可以构造成以交替的方式将单个钻管一个接一个地从上部区域降低到下部区域。因此，装备还可以用于将钻管从钻机的包括多个连接的钻管的钻柱运离。

装备还可以包括移动装置，所述移动装置构造成将单个钻管从上部区域移动到连接区域，在所述连接区域处钻管可以连接到钻柱的上部端部。通过使用专用移动装置来执行到连接区域的这种移动，装备提供了钻管的更快的递送。

此外，在降低/升高装置的上部提升部和下部提升部上方将钻管增加到钻柱/将钻管从钻柱移除有助于降低钻机的高度。这是因为在钻管插入例如移动装置的操纵器对之间期间，钻机不需要额外的高度以用于连续的行进。

装备还可以包括用于将钻管旋拧到钻柱上的旋拧装置或连接装置。旋拧装置可以例如由移动装置或通过构造成连续地降低和升高钻柱的装置的上部提升部构成。

根据本公开的移动装置可以以各种方式设计，以便将单个钻管从上部区域移动到连接区域。根据一个变型，移动装置包括至少一个夹持机构。移动装置可以例如仅包括一个夹持机构或包括一个夹持机构和一个支撑机构，所述支撑机构构造成横向支撑单个钻管(例如，水平支撑基本竖向定向的钻管)。此种夹持装置和横向支撑机构中的一个或两者可以构造成夹持或支撑单个钻管并使其线性移动(例如，水平移动基本上竖向定向的钻管)。该移动可以例如通过延伸/缩回机构实现。每个移动装置可以构造成分别通过夹持机构和/或支撑机构夹持和/或支撑钻管的两个端部(例如，在长度的5％内)。这改善了对钻管移动的控制。

作为使用一个单个移动装置的替代，可以提供两个移动装置以便以交替的方式重复地将单个钻管从上部区域移动到连接区域。每个移动装置还可以构造成将单个钻管从连接区域移动到上部区域。

装备还可以包括至少两个倾斜装置，其中至少两个倾斜装置构造成以交替的方式将单个钻管从基本水平取向倾斜到基本竖向取向。

每个倾斜装置可以包括夹持机构和横向支撑机构。在这种情况下，每个倾斜装置可以构造成分别利用夹持机构和/或横向支撑机构夹持和/或支撑钻管的两个端部(例如，在长度的5％内)。这改善了对钻管移动的控制。

根据一个变型，夹持机构构造成基本竖向地移动。在这种情况下，夹持机构可以构造成提升单个钻管的前端部，即构造为夹持处于基本水平取向的单个钻管的前端部，并且竖向地提升该端部直到钻管已经倾斜到基本竖向取向。然后，横向支撑机构可以构造成基本水平地移动。在这种情况下，横向支撑机构可以构造成在钻管从基本水平取向倾斜到基本竖向取向时水平地引导单个钻管的后端部。

然而，上述构造可以替代地是相反的，即，横向支撑机构可以构造成基本竖直地引导单个钻管的前端部，并且夹持机构可以构造成夹持钻管的后端部并且在倾斜钻管的同时基本水平地移动。替代地，每个倾斜装置可以由两个夹持机构构成。

根据一个变型，当第一单个钻管已经倾斜到基本竖向取向时(例如通过第一倾斜装置)，可以开始在下部区域中处于基本水平定向的第二单个钻管的倾斜(例如通过第二倾斜装置)。

在采用两个倾斜装置的情况下，每个倾斜装置可以构造成在大约40秒内倾斜单个钻管。因此，两个倾斜装置可以每20秒递送倾斜的单个钻管。在单个钻管的长度为约10米的情况下，每个倾斜装置的平均移动速度可以为约0.5米/秒。

例如，如果每个倾斜装置包括竖向移动的部件(例如夹持机构)和水平移动的部件(例如横向支撑机构)，则竖向移动的部件可以在接合单个钻管时以0.2至0.4米/秒的速度移动(例如向上)，并且在不接合钻管时以0.6至1米/秒的速度移动(例如向下)。相应地，水平移动的部件可以在接合单个钻管时以0.2至0.4米/秒的速度移动(例如，水平地朝向钻管)，并且在不接合钻管时以0.6至1米/秒的速度移动(例如，水平地远离钻管)。

至少两个倾斜装置还可以构造成以交替的方式将单个钻管从基本竖向取向倾斜到基本水平取向。

装备还可包括输送装置，所述运输装置构造成将处于基本水平取向的单个钻管连续地输送到下部区域。输送装置可以例如由传送带和/或辊构成。

输送装置还可以构造成从下部区域连续地输送处于基本水平取向的单个钻管。

根据另一方面，提供了一种钻机，所述钻机包括根据本发明的装备。

如本文所使用的，水平方向是与其上布置钻机的表面(例如地平面的海平面)基本平行的方向，以及竖向方向是基本垂直于水平方向的方向。本文使用的基本垂直/平行关系包括完全垂直/平行关系以及与完全垂直/平行关系的角度偏差最多5°，例如最多2°。

附图说明

通过以下结合附图的实施例，本公开的其它细节、优点和方面将变得显而易见，其中：

图1以透视图示意性地示出用于将钻管运输到钻机的钻柱的装备；

图2以透视图示意性地示出在给定时间点T＝0时将钻管运输到钻机的钻柱的装备和方法；

图3示意性地示出在时间T＝5时的装备和方法；

图4示意性地示出在时间T＝10时的装备和方法；

图5示意性地示出在时间T＝15时的装备和方法；

图6示意性地示出在时间T＝20时的装备和方法；

图7示意性地示出在时间T＝25时的装备和方法；

图8示意性地示出在时间T＝30时的装备和方法；以及

图9示意性地示出在时间T＝35时的装备和方法。

具体实施方式

在下文中，本公开描述了一种用于将钻管运输到钻机的钻柱的方法，该钻柱包括多个连接的钻管；一种用于将钻管从钻柱运离的方法；以及用于这些目的的装备。相同的附图标记将用于表示相同或相似的结构特征。

图1以透视图示意性地示出用于将钻管12运输到钻柱14和将钻管从钻柱运离的装备10。装备10可以至少部分地由钻机的井架16支撑。在一些实现中，例如陆用钻机，仅待添加公用系统井架16就可以构成钻机。图1还示出了竖向方向18和水平方向20。

图2以透视图示意性地示出图1中的装备10和多个钻管12a、12b、12c。在图2中，已经移除井架16以提高可视性。

装备10包括构造成连续地降低钻柱14的装置22。装置22还构造成连续地升高钻柱14。在本实现中，装置22包括上部提升部22a和下部提升部22b。上部提升部22a和下部提升部22b中的每一个包括夹持机构，所述夹持机构构造成可释放地夹持钻柱14。上部提升部22a和下部提升部22b构造成在竖向方向18上独立地上下移动以升高或降低钻柱14。上部提升部22a和下部提升部22b可以例如由液压致动器驱动。

在本示例中，装置22构造成每20秒将钻柱14降低到井孔或从井孔升高与单个钻管12相对应的距离。在本示例中，每个钻管12的长度为约10米。上部提升部22a和下部提升部22b中的每一个构造成在携带钻柱14时以大约0.5米/秒的速度移动，以及在不携带钻柱14时以大约0.75米/秒的速度移动。

装备10还包括两个提升装置24、26。两个提升装置24、26构造成以交替的方式将单个钻管12一个接一个地从下部区域28提升到与钻柱14的上部端部32相邻的上部区域30。

提升装置24包括上部夹持机构24a和下部夹持机构24b。类似地，提升装置26包括上部夹持机构26a和下部夹持机构26b。提升装置24构造成将单个钻管12沿着与竖向方向18基本平行的路径一个接一个地提升。提升装置26构造成沿着相同的路径一个接一个地提升单个钻管。

在本示例中，每个提升装置24、26从下部区域28移动大约15米到上部区域30并且每40秒递送钻管12。因此，提升装置24、26集体地每20秒递送钻管12。提升装置24、26在携带钻管12时的平均速度为约0.6米/秒，而在不携带钻管12时为约1米/秒。

装备10还包括移动装置34，所述移动装置34构造成将单个钻管12从上部区域30移动到连接区域36，在所述连接区域处钻管12可以连接到钻柱14的上部端部32。连接区域36基本定位在钻柱14上方，并且上部区域30和连接区域36处于基本相同的高度。

移动装置34包括上部支撑机构34a和下部夹持机构34b。上部支撑机构34a包括用于沿水平方向20移动夹持机构的液压延伸/缩回机构38。下部夹持机构34b包括旋拧装置以用于将钻管12a连接(例如通过螺纹连接)到钻柱14的上部端部32。

替代地，旋拧装置可以定位在上部提升部22a上。作为另一替代，可以在下部夹持机构34b上设置旋转器，并且可以在上部提升部22a上设置扭矩单元。

在本示例中，移动装置34从上部区域30移动大约5米到连接区域36，从而每20秒递送钻管12。因此，在本示例中，移动装置34的平均速度为约0.5米/秒。

装备10还包括两个倾斜装置40、42，所述两个倾斜装置40、42构造成以交替的方式将单个钻管12从基本水平取向倾斜到基本竖向取向。每个倾斜装置40、42包括夹持机构40a、42a和横向支撑机构40b、42b。夹持机构40a、42a布置成基本沿竖向方向18移动，并且横向支撑机构40b、42b布置成基本沿水平方向20移动。

倾斜装置40、42的每个夹持机构40a、42a沿大约10米的距离竖向上下移动。倾斜装置40、42的每个横向支撑机构40b、42b沿大约10米的距离水平前后移动。

在本示例中，每个倾斜装置40、42每40秒递送竖向定向的钻管12。因此，倾斜装置40、42集体地每20秒递送钻管12。因此，倾斜装置40、42的平均移动速度为0.5米/秒。

装备10还包括输送装置44，所述输送装置44构造成将单个钻管12沿基本水平取向从装载区域46连续地输送到下部区域28。在本实现中，输送装置44由多个辊48构成(仅标记五个中的两个)。

现在将参考图2至图9描述根据本公开的用于将钻管12运输到钻机的钻柱14的方法。图2示出了在给定时间T＝0时的进行中的状态的方法。时间T＝0不是该方法的起点，而仅仅是执行该方法时的时间点。所描述的方法是钻柱14的下钻，但是该方法可以反转以用于从钻柱14中升钻。此外，图1至图9中描述的装备10构造成将钻管12运输到钻柱14，以及反向构造即构造成将钻管12从钻柱14运离。

在图2中，上部提升部22a和下部提升部22b在它们各自的端部位置处以彼此间距最大距离定位。上部提升部22a通过用其夹持机构夹持钻柱来承担钻柱14的重量。

移动装置34已经将新钻管12a从上部区域30移动到连接区域36。下部夹持机构34b的旋拧装置已经将钻管12a旋拧在钻柱14的顶部上，使得钻管12a现在形成钻柱14的一部分。

在已经将钻管12a递送到上部区域30中的移动装置34之后，提升装置24向下移动。提升装置26从下部区域28朝向上部区域30向上移动，同时携带另一钻管12b。

在已经将竖向定向的钻管12b递送到下部区域28中的提升装置26之后，倾斜装置40正向下以从下部区域28中的输送装置44收集另一钻管(未示出)。更具体地，倾斜装置40的夹持机构40a竖向向下移动，并且倾斜装置40的横向支撑机构40b水平移动(至图2中的右侧)。

倾斜装置42使另一钻管12c从水平取向倾斜到竖向取向。更具体地，倾斜装置42的夹持机构42a向上移动，并且倾斜装置42的横向支撑机构42b水平移动(至图2中的左侧)。

图3示意性地示出在时间T＝5时(即在图2中的表示之后的5秒)的装备10和方法。在图3中，上部提升部22a与钻柱14向下移动，并且下部提升部22b向上移动以稍后接管钻柱14。

在钻管12a旋拧到钻柱14的顶部上的同时，移动装置34的上部支撑机构34a已经跟随并支撑钻管12a的上部部分。下部夹持机构34b释放钻管12a的下部部分并且朝向上部区域30水平移动，以便从提升装置26接管下一个钻管12b的下部部分。

提升装置24从上部区域30朝向下部区域28向下移动，以便从倾斜装置42收集处于竖向取向的另一钻管12c。提升装置26在携带钻管12b的同时从下部区域28朝向上部区域30向上移动。

倾斜装置40正在向下(朝向水平方向倾斜)以从下部区域28中的输送装置44收集处于水平取向的另一钻管12d。倾斜装置42在下部区域28中使钻管12c从水平取向朝向竖向取向倾斜。

图4示意性地示出在时间T＝10时(即在图2中的表示之后的10秒)的装备10和方法。在图4中，装置22的上部提升部22a和下部提升部22b被带到一起。下部提升部22b的夹持机构接合钻柱14，并且上部提升部22a的夹持机构释放钻柱14。因此，下部提升部22b承担钻柱14的重量。

移动装置34的上部支撑机构34a跟随并支撑钻管12a的上部部分，所述钻管12a已经移动到连接区域36并且旋拧在钻柱14的顶部上。移动装置34的下部夹持机构34b已经移动到上部区域30以从提升装置26接管下一个钻管12b的下部部分。

提升装置24处于适当位置以从下部区域28中的倾斜装置42接管沿竖向取向的下一个钻管12c。提升装置26与钻管12b位于上部区域30中。

倾斜装置40处于适当位置以从下部区域28中的输送装置44接管处于水平取向的另一钻管12d。倾斜装置42在下部区域28中已经使钻管12c倾斜至竖向取向。此时，竖向定向的钻管12c的下部螺纹端部(即后端部)被清洁和润滑。

图5示意性地示出在时间T＝15时(即在图2中的表示之后的15秒)的装备10和方法。在图5中，装置22的下部提升部22b在携带钻柱14的同时向下移动，并且装置22的上部提升部22a向上移动以接管钻柱14。

移动装置34的上部支撑机构34a已经将钻管12a释放到中心位置(钻柱14上方)并从连接区域36移动到上部区域30以接收和支撑下一个单个钻管12b的上部部分。移动装置34的下部夹持机构34b提升钻管12b，同时提升装置26的上部夹持机构26a支撑钻管12b。

提升装置24与钻管12c一起从下部区域28朝向上部区域30向上移动。提升装置26的下部夹持机构26b从上部区域30朝向下部区域28向下移动，以从倾斜装置40收集处于竖向取向的下一个钻管12d。

倾斜装置40处于适当位置以从下部区域28中的输送装置44接收水平定向的钻管12d。此时，钻管12d的上部端部(即前端部)被清洁和润滑。

倾斜装置42正在向下(夹持机构42a向下移动并且横向支撑机构42b水平移动)以从下部区域28中的输送装置44接收另一水平定向的钻管。

图6示意性地示出在时间T＝20时(即在图2中的表示之后的20秒)的装备10和方法。在图6中，上部提升部22a和下部提升部22b彼此之间的间距最大。上部提升部22a的夹持机构接合钻柱14，并且下部提升部22b的夹持机构脱离钻柱14。因此，上部提升部22a承担钻柱14的重量。

移动装置34已经将下一个钻管12b从上部区域30递送到连接区域36，并且将钻管12b旋拧到钻柱14的上部端部32上。

提升装置24与下一个钻管12c一起从下部区域28朝向上部区域30向上移动。在已经将钻管12b递送到移动装置34之后，提升装置26从上部区域30朝向下部区域28向下移动，以用于从下部区域28中的倾斜装置40收集处于竖向取向的下一个钻管12d。

倾斜装置40在下部区域28中使钻管12d从水平取向朝向竖向取向倾斜。在已经将竖向定向的钻管12c递送到提升装置24之后，倾斜装置42向下移动，以用于从下部区域28中的输送装置44收集处于水平取向的下一个钻管。

图7示意性地示出在时间T＝25时(即在图2中的表示之后的25秒)的装备10和方法。在图7中，装置22的上部提升部22a与钻柱14一起向下移动，并且装置22的下部提升部22b向上移动以便接管钻柱14。

移动装置34的上部支撑机构34a跟随并支撑连接区域36中的钻管12b的上部部分，同时钻管12b已经被旋拧到钻柱14的上部端部32上。移动装置34的下部夹持机构34b释放钻管12b的下部部分并开始从连接区域36朝向上部区域30移动以接收下一个钻管12c的下部部分。

提升装置24与下一个钻管12c一起从下部区域28朝向上部区域30向上移动。提升装置26从上部区域30朝向下部区域28向下移动，以在下部区域28中从倾斜装置40接收处于竖向取向的下一个钻管12d。

倾斜装置40使钻管12d从水平取向朝向竖向取向倾斜。倾斜装置42向下移动以从下部区域28中的输送装置44收集另一水平定向的钻管12e。

图8示意性地示出在时间T＝30时(即在图2中的表示之后的30秒)的装备10和方法。在图8中，上部提升部22a和下部提升部22b被带到一起。上部提升部22a的夹持机构释放钻柱14，并且下部提升部22b的夹持机构抓住钻柱14。因此，下部提升部22b承担钻柱14的重量。

移动装置34的上部支撑机构34a跟随并支撑钻管12b的上部部分，所述钻管12b已经移动到连接区域36并且旋拧到钻柱14的上部端部32上。移动装置34的下部夹持机构34b处于适当位置以从上部区域30中的提升装置24接管下一个钻管12c的下部部分。

提升装置24与钻管12c一起位于上部区域30中。提升装置26位于下部区域28中，以从倾斜装置40收集处于竖向取向的下一个钻管12d。

倾斜装置40在下部区域28沿竖向取向保持钻管12d。此时，钻管12d的下部端部(即后端部)处的外螺纹被清洁和润滑。倾斜装置42在下部区域28中处于水平位置，并且准备好从输送装置44收集处于水平取向的下一个钻管12e。

图9示意性地示出在时间T＝35时(即在图2中的表示之后的35秒)的装备10和方法。在图9中，装置22的下部提升部22b与钻柱14一起向下移动，并且装置22的上部提升部22a向上移动以接管钻柱14。

移动装置34的上部支撑机构34a已经释放钻管12b并且已经从连接区域36移动到上部区域30以接收和支撑下一个钻管12c的上部部分。移动装置34的下部夹持机构34b抓住钻管12c的下部部分，同时提升装置24的上部夹持机构24a支撑钻管12c的上部部分。

提升装置24的下部夹持机构24b从上部区域30朝向下部区域28向下移动，以从下部区域28中的倾斜装置42收集处于竖向取向的下一个钻管12e。提升装置26与下一个钻管12d一起从下部区域28朝向上部区域30向上移动。

倾斜装置40从竖向取向向下移动到水平取向，以便从下部区域28中的输送装置44收集处于水平取向的下一个钻管。倾斜装置42处于适当位置以从下部区域28中的输送装置44收集处于水平取向的钻管12e。此时，钻管12e的前端部的内螺纹被清洁和润滑。

在时间T＝40，即图2中的表示之后的40秒，该方法如图2所示重新开始。从钻柱14运离钻管12的方法与如图2至图9所示的将钻管12运输到钻柱14的方法相反。

虽然已经参考示例性实施例描述了本公开，但是应当理解，本发明不限于上面已经描述的内容。例如，应当理解，部件的尺寸和移动速度可以根据需要进行改变。因此，旨在本发明可以仅由在此所附权利要求的范围限制。

Claims (21)

1.一种用于将钻管(12)运输到钻机的钻柱(14)的方法，所述钻柱包括多个连接的钻管(12)，所述方法包括重复地将单个钻管(12)一个接一个地从下部区域(28)提升到与所述钻柱(14)的上部端部(32)邻近的上部区域(30)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，单个钻管(12)的重复提升通过至少两个提升装置(24、26)以交替的方式来执行。

3.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法还包括重复地将单个钻管(12)一个接一个地从所述上部区域(30)移动到连接区域(36)，在所述连接区域处所述钻管(12)能够连接到所述钻柱(14)的所述上部端部(32)。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，单个钻管(12)的重复提升和单个钻管(12)的重复移动被同时执行。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括在所述下部区域(28)中重复地将单个钻管(12)一个接一个地从基本水平取向倾斜到基本竖向取向。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，单个钻管(12)的重复倾斜通过至少两个倾斜装置(40、42)以交替的方式来执行。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，单个钻管(12)的重复倾斜与单个钻管(12)的重复提升被同时执行。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括将处于基本水平取向的单个钻管(12)连续地输送到所述下部区域(28)。

9.一种用于将钻管(12)从钻机的钻柱(14)运离的方法，所述钻柱包括多个连接的钻管(12)，所述方法包括重复地将单个钻管(12)一个接一个地从与所述钻柱(14)的上部端部(32)邻近的上部区域(30)降低到下部区域(28)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，单个钻管(12)的重复降低通过至少两个提升装置(24、26)以交替的方式来执行。

11.根据权利要求9或10所述的方法，所述方法还包括重复地将单个钻管(12)一个接一个地从连接区域(36)移动到所述上部区域(30)，在所述连接区域处所述钻管(12)能够从所述钻柱(14)的上部端部(32)断开。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，单个钻管(12)的重复降低和单个钻管(12)的重复移动被同时执行。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，所述方法还包括在所述下部区域(28)中重复地将单个钻管(12)一个接一个地从基本竖向取向倾斜到基本水平取向。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，单个钻管(12)的重复倾斜通过至少两个倾斜装置(40、42)以交替的方式来执行。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，单个钻管(12)的重复倾斜与单个钻管(12)的重复降低被同时执行。

16.根据权利要求9至15中任一项所述的方法，所述方法还包括将处于基本水平取向的单个钻管(12)从所述下部区域(28)连续地输送。

17.一种用于将钻管(12)运输到钻机的钻柱(14)的装备(10)，所述钻柱包括多个连接的钻管(12)，所述装备(10)包括至少两个提升装置(24、26)，其中所述至少两个提升装置(24、26)构造成以交替的方式将单个钻管(12)一个接一个地从下部区域(28)提升到与所述钻柱(14)的上部端部(32)邻近的上部区域(30)。

18.根据权利要求17所述的装备(10)，所述装备还包括移动装置(34)，所述移动装置构造成将单个钻管(12)从所述上部区域(30)移动到连接区域(36)，在所述连接区域处所述钻管(12)能够连接到所述钻柱(14)的所述上部端部(32)。

19.根据权利要求17或18所述的装备(10)，所述装备还包括至少两个倾斜装置(40、42)，其中所述至少两个倾斜装置(40、42)构造成以交替的方式将单个钻管(12)从基本水平取向倾斜到基本竖向取向。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的装备(10)，所述装备还包括输送装置(44)，所述输送装置构造成将处于基本水平取向的单个钻管(12)连续地输送到所述下部区域(28)。

21.一种钻机，所述钻机包括根据权利要求17至20中任一项所述的装备(10)。