CN109854184A - 海底钻机双井架及套管处理系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海底钻机双井架及套管处理系统和方法，涉及钻井设备技术领域，系统包括双井架装置，包括第一升降井架装置和第二升降井架装置，第一升降井架装置和第二升降井架装置平行共底座垂向设置；注入头装置，安装位于第一升降井架装置上，可沿第一升降井架装置上下移动；吊钩装置，安装位于第二升降井架装置上，可沿第二升降井架装置上下移动；套管存储装置，设于双井架装置的靠近第二升降井架装置上的吊钩装置的一侧；套管输送装置，安装位于套管存储装置和第二升降井架装置之间；以及双井架输送装置，安装位于双井架装置下方，用于驱动双井架装置整体移动。本发明具有工作效率高、海底作业稳定的优点。

Description

海底钻机双井架及套管处理系统和方法

技术领域

本发明涉及钻井设备技术领域，具体涉及一种海底钻机双井架及套管处理系统和方法。

背景技术

现有技术中，几乎全部的钻机井架系统都是仅能应用于陆地或海洋平台上，无法适用于海底钻机，海洋井架通常以棱锥式井架和瓶颈式井架这两种结构形式为主，其中棱锥式井架由于立根容量低、二层台操作不便等缺陷，无法适应新形势下的海底钻井需求。

海底钻机主要用于海底岩心取样，钻进深度通常在5-200m。在深水钻井平台井架和超深水钻井平台井架领域，陆地或海洋平台井架并不适用，因此亟需要研制出一种适用于海底钻机平台井架系统。

发明内容

因此，本发明实施例要解决的技术问题在于现有技术中的陆地或海洋平台井架不适用于海底钻机平台，从而提供一种海底钻机双井架及套管处理系统和方法。

为此，本发明实施例的一种海底钻机双井架及套管处理系统，包括：

双井架装置，包括第一升降井架装置和第二升降井架装置，第一升降井架装置和第二升降井架装置平行共底座垂向设置；

注入头装置，安装位于第一升降井架装置上，可沿第一升降井架装置上下移动，用于夹持连续管，将连续管下入井内或夹持不动或提出井外；

吊钩装置，安装位于第二升降井架装置上，可沿第二升降井架装置上下移动，用于承受套管重量，进行下套管或将套管提出井外操作；

套管存储装置，设于双井架装置的靠近第二升降井架装置上的吊钩装置的一侧，用于存放两种以上规格的套管；

套管输送装置，安装位于套管存储装置和第二升降井架装置之间，用于在套管存储装置和吊钩装置之间输送套管；以及

双井架输送装置，安装位于双井架装置下方，用于驱动双井架装置整体移动，进行下套管或钻进工序的切换。

优选地，所述双井架装置包括：双井架、小天车和大天车；第一升降井架装置主要由双井架的右侧井架和小天车构成，第二升降井架装置主要由双井架的左侧井架和大天车构成，小天车固定在双井架的右侧井架顶端，大天车固定在双井架的左侧井架顶端，注入头装置通过钢丝绳与小天车连接，吊钩装置通过钢丝绳与大天车连接。

优选地，所述注入头装置包括：注入头主体、驱动链轮、鹅颈管和链轮带；注入头主体与第一升降井架装置连接，可沿第一升降井架装置上下移动，驱动链轮对称分布于注入头主体内且驱动链轮对称线方向与注入头主体上下移动方向平行，用于给连续管提供推力或拉力，鹅颈管位于注入头主体上部且鹅颈管的下端口位于驱动链轮对称线上，用于引导连续管沿驱动链轮对称线上下移动，链轮带分别绕接在对称分布的驱动链轮上，用于为连续管提供夹紧力和摩擦力。

优选地，所述吊钩装置包括：大钩，大钩的上部与第二升降井架装置连接。

优选地，所述套管存储装置包括：支架、套管一、套管二和套管三；支架用于套管存储，套管一、套管二、套管三分别放置于支架内不同区域。

优选地，所述套管输送装置包括：套管输送机、输送机轨道、上卸扣装置和转盘；输送机轨道由套管存储装置延伸至井口，套管输送机位于输送机轨道上，可沿输送机轨道移动并通过套管输送机底部实现360°旋转，用于将套管从套管存储装置输送至井口或从井口输送至套管存储装置，上卸扣装置位于井口边缘，用于将套管连接或拆卸，转盘位于第二升降井架装置下方，用于在拆接套管时夹紧下方套管。

优选地，所述双井架输送装置包括：减速机、驱动电机、丝杠和滑轨；滑轨安装在双井架装置下方，双井架装置可沿滑轨移动，丝杠的一端与双井架装置联接，另一端通过联轴器与减速机联接，驱动电机通过联轴器与减速机联接，用于为双井架装置的移动提供动力。

本发明实施例的一种海底钻机双井架及套管处理方法，包括以下步骤：

当进行钻进操作时，双井架输送装置驱动双井架装置整体移动，使第一升降井架装置对准井口；

控制注入头装置动作，引导连续管下入井内，进行钻进。

优选地，所述控制注入头装置动作，引导连续管下入井内，进行钻进的步骤包括：

控制驱动链轮转动带动链轮带绕驱动链轮转动，鹅颈管引导连续管穿入链轮带之间，在链轮带夹带下连续管被拉直同时向下运动进入井内，进行钻进。

优选地，还包括以下步骤：

当进行下管套操作时，双井架输送装置驱动双井架装置整体移动，使第二升降井架装置对准井口；

控制套管输送机从套管存储装置的套管一、套管二或套管三中抓取第一根套管，并旋转一定角度，沿输送机轨道将第一根套管输送至井口；

控制大钩提取第一根套管，第二升降井架装置控制大钩下放，转盘夹紧第一根套管上方；

控制套管输送机从套管存储装置的套管一、套管二或套管三中抓取第二根套管，并旋转一定角度，沿输送机轨道将第二根套管输送至井口；

控制上卸扣装置将两根套管进行联接；

控制大钩继续将联接好的两根套管进行下放，继续联接，直至完成下套管操作。

本发明实施例的技术方案，具有如下优点：

1.本发明实施例提供的海底钻机双井架及套管处理系统，适用于海底钻机平台，通过设置注入头装置可实现连续管钻井作业，连续管钻井作业相比钻杆钻井作业工作效率高；通过设置双井架装置，相比于单井架作业，双井架作业井架高度明显降低，提高了海底作业的稳定性；通过设置环形结构的套管存储装置，采用环形布置，有效缩短套管输送机工作路径，加快输送效率。

2.本发明实施例提供的海底钻机双井架及套管处理方法，通过移动双井架输送装置能分步进行钻进和下管套步骤，可选用双井架装置，从而降低了井架高度，提高了海底作业的稳定性；通过套管输送装置、吊钩装置的配合步骤，将多根套管实现联接，在缩小套管存储装置体积的同时，更加加快了下套管效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中海底钻机双井架及套管处理系统的一个具体示例的结构示意图；

图2为本发明实施例1中海底钻机双井架及套管处理系统的一个具体示例的结构示意图；

图3为本发明实施例1中海底钻机双井架及套管处理系统的一个具体示例的俯视图；

图4为本发明实施例1中注入头装置的一个具体示例的结构示意图；

图5a为本发明实施例1中链轮带未挤压状态的一个具体示例的俯视示意图；

图5b为本发明实施例1中链轮带挤压状态的一个具体示例的俯视示意图；

图6为本发明实施例1中套管存储装置的一个具体示例的结构示意图；

图7为本发明实施例2中海底钻机双井架及套管处理方法的一个具体示例的流程图。

附图标记：101、双井架装置；102、注入头装置；103、吊钩装置；104、套管存储装置；105、套管输送装置；106、双井架输送装置；1、双井架；2-1注入头主体；2-2、驱动链轮；2-3、鹅颈管；2-4、链轮带；2-5、纤维钩子；3、小天车；4、大天车；5、大钩；6、减速机；7、驱动电机；8、丝杠；9、滑轨；10-1、支架；10-2、套管一；10-3、套管二；10-4、套管三；11、套管输送机；12、上卸扣装置；13、输送机轨道；14、转盘；15、连续管。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其他组合的存在或增加。术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通；可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种海底钻机双井架及套管处理系统，可应用于海底钻机平台，如用于石油或天然气水合物开采等。如图1所示，海底钻机双井架及套管处理系统包括：双井架装置101、注入头装置102、吊钩装置103、套管存储装置104、套管输送装置105和双井架输送装置106。

双井架装置101包括第一升降井架装置和第二升降井架装置，第一升降井架装置和第二升降井架装置平行共底座垂向设置，两升降井架装置升降方向相互平行，均为垂向方向，其具有同一底座，即安装在同一海底钻机底座上。注入头装置102安装位于第一升降井架装置上，可沿第一升降井架装置上下移动，用于夹持连续管，将连续管下入井内或夹持不动或提出井外。吊钩装置103安装位于第二升降井架装置上，可沿第二升降井架装置上下移动，用于承受套管重量，进行下套管或将套管提出井外操作。套管存储装置104设于双井架装置101的靠近第二升降井架装置上的吊钩装置103的一侧，用于存放两种以上规格的套管。套管输送装置105安装位于套管存储装置104和第二升降井架装置之间，用于在套管存储装置104和吊钩装置103之间输送套管。双井架输送装置106安装位于双井架装置101下方，用于驱动双井架装置101整体移动，进行下套管或钻进工序的切换。

优选地，如图2和图3所示，双井架装置101包括：双井架1、小天车3和大天车4。第一升降井架装置主要由双井架1的右侧井架和小天车3构成，第二升降井架装置主要由双井架1的左侧井架和大天车4构成，小天车3固定在双井架1的右侧井架顶端，大天车4固定在双井架1的左侧井架顶端，注入头装置102通过钢丝绳与小天车3连接，吊钩装置103通过钢丝绳与大天车4连接。

优选地，如图4所示，注入头装置102包括：注入头主体2-1、驱动链轮2-2、鹅颈管2-3和链轮带2-4。注入头主体2-1与第一升降井架装置连接，可沿第一升降井架装置上下移动，优选地，注入头主体2-1通过钢丝绳与小天车3连接。驱动链轮2-2对称分布于注入头主体2-1内且驱动链轮2-2对称线方向与注入头主体2-1上下移动方向平行，用于给连续管提供推力或拉力，图4中示出了两组驱动链轮2-2，其他组数如3、4、5、6等都是可以的。鹅颈管2-3位于注入头主体2-1上部且鹅颈管2-3的下端口位于驱动链轮2-2对称线上，用于引导连续管沿驱动链轮2-2对称线上下移动。链轮带2-4分别绕接在对称分布的驱动链轮2-2上，每组驱动链轮2-2都绕接有一条链轮带2-4，用于为连续管提供夹紧力和摩擦力。

优选地，如图5a和图5b所示(图4中A-A所示区域的放大图)，链轮带2-4包括在链轮带2-4外圈表面紧密植设的纤维钩子2-5。纤维钩子2-5头部为自然弯曲的钩子形状，纤维钩子的横截面尺寸为纳米级别，在未穿入连续管15时如图5a所示，位于对称线两侧的纤维钩子2-5规则排布于链轮带2-4外圈间隙之间，其端部相切或不接触。在穿入连续管15时如图5b所示，两侧纤维钩子2-5头部的弯曲钩子互相钳制住连续管15，将连续管15稳固地限定在对称线位置，随着链轮带2-4的转动沿对称线上下移动，既能提高链轮带2-4表面弹性，降低连续管15在深海海底所受压力，又能提高对连续管15移动时所受的摩擦力，降低深海海底的巨大浮力对连续管15传送所受的影响。

优选地，如图2所示，吊钩装置103包括：大钩5。大钩5的上部与第二升降井架装置连接，优选地，大钩5的上部通过钢丝绳与大天车4连接。

优选地，如图6所示，套管存储装置104包括：支架10-1、套管一10-2、套管二10-3和套管三10-4。支架10-1为环形结构，用于套管存储，套管一10-2、套管二10-3、套管三10-4分别放置于支架10-1内不同区域。

优选地，如图2和图3所示，套管输送装置105包括：套管输送机11、输送机轨道13、上卸扣装置12和转盘14。输送机轨道13安装在钻机底座上，由套管存储装置104延伸至井口。套管输送机11位于输送机轨道13上，可沿输送机轨道13移动并通过套管输送机11底部实现360°旋转，用于将套管从套管存储装置104输送至井口或从井口输送至套管存储装置104。上卸扣装置12位于井口边缘，用于将套管连接或拆卸。转盘14位于第二升降井架装置下方，用于在拆接套管时夹紧下方套管。

优选地，双井架输送装置106包括：减速机6、驱动电机7、丝杠8和滑轨9。滑轨9安装在双井架装置101下方，双井架装置101可沿滑轨9移动，丝杠8的一端与双井架装置101联接，优选地，丝杠8的一端与双井架1联接，另一端通过联轴器与减速机6联接，驱动电机7通过联轴器与减速机6联接，用于为双井架装置101的移动提供动力。

以钻井为例，海底钻机双井架及套管处理系统可分为钻进和下套管两个工序。钻进操作时，驱动电机7通过减速机6和丝杠8驱动双井架1沿滑轨9向右移动，使右侧井架对准井口，鹅颈管2-3引导连续管进入两驱动链轮2-2所夹对称线位置，驱动链轮2-2将弯曲的连续管拉直，并通过摩擦力驱动连续管向下运动，驱动底部钻头进行钻进。下套管操作时，驱动电机7通过减速机6和丝杠8驱动双井架1沿滑轨9向左移动，使左侧井架对准井口，套管输送机11从套管存储装置104抓取套管一10-2、套管二10-3或套管三10-4，并旋转一定角度，沿输送机轨道13将套管输送至井口，大钩5提取套管，大天车4控制大钩5下放，转盘14夹紧套管上方，套管输送机11按照上述方法进行第二根套管的输送，上卸扣装置12将两根套管进行联接，大钩5继续将套管进行下放，直至完成下套管操作。

上述海底钻机双井架及套管处理系统，适用于海底钻机平台，通过设置注入头装置可实现连续管钻井作业，连续管钻井作业相比钻杆钻井作业工作效率高；通过设置双井架装置，相比于单井架作业，双井架作业井架高度明显降低，提高了海底作业的稳定性；通过设置环形结构的套管存储装置，采用环形布置，有效缩短套管输送机工作路径，加快输送效率。

实施例2

本实施例提供一种海底钻机双井架及套管处理方法，可应用于实施例1的海底钻机双井架及套管处理系统，如图7所示，该方法包括以下步骤：

S1、当进行钻进操作时，双井架输送装置106驱动双井架装置101整体移动，使第一升降井架装置对准井口。优选地，驱动电机7通过减速机6和丝杠8驱动双井架1沿滑轨9向右移动，使右侧井架对准井口。

S2、控制注入头装置102动作，引导连续管下入井内，进行钻进。优选地，控制驱动链轮2-2转动带动链轮带2-4绕驱动链轮2-2转动，鹅颈管2-3引导连续管穿入链轮带2-4之间，在链轮带2-4夹带下连续管被拉直同时向下运动进入井内，进行钻进。

S3、当进行下管套操作时，双井架输送装置106驱动双井架装置101整体移动，使第二升降井架装置对准井口。优选地，驱动电机7通过减速机6和丝杠8驱动双井架1沿滑轨9向左移动，使左侧井架对准井口。

S4、控制套管输送机11从套管存储装置104的套管一10-2、套管二10-3或套管三10-4中抓取第一根套管，并旋转一定角度，沿输送机轨道13将第一根套管输送至井口。

S5、控制大钩5提取第一根套管，第二升降井架装置控制大钩5下放，转盘14夹紧第一根套管上方。

S6、控制套管输送机11从套管存储装置104的套管一10-2、套管二10-3或套管三10-4中抓取第二根套管，并旋转一定角度，沿输送机轨道13将第二根套管输送至井口。

S7、控制上卸扣装置12将两根套管进行联接。

S8、控制大钩5继续将联接好的两根套管进行下放，继续联接，直至完成下套管操作。

上述海底钻机双井架及套管处理方法，通过移动双井架输送装置能分步进行钻进和下管套步骤，可选用双井架装置，从而降低了井架高度，提高了海底作业的稳定性；通过套管输送装置、吊钩装置的配合步骤，将多根套管实现联接，在缩小套管存储装置体积的同时，更加加快了下套管效率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种海底钻机双井架及套管处理系统，其特征在于，包括：

双井架装置(101)，包括第一升降井架装置和第二升降井架装置，第一升降井架装置和第二升降井架装置平行共底座垂向设置；

注入头装置(102)，安装位于第一升降井架装置上，可沿第一升降井架装置上下移动，用于夹持连续管，将连续管下入井内或夹持不动或提出井外；

吊钩装置(103)，安装位于第二升降井架装置上，可沿第二升降井架装置上下移动，用于承受套管重量，进行下套管或将套管提出井外操作；

套管存储装置(104)，设于双井架装置(101)的靠近第二升降井架装置上的吊钩装置(103)的一侧，用于存放两种以上规格的套管；

套管输送装置(105)，安装位于套管存储装置(104)和第二升降井架装置之间，用于在套管存储装置(104)和吊钩装置(103)之间输送套管；以及

双井架输送装置(106)，安装位于双井架装置(101)下方，用于驱动双井架装置(101)整体移动，进行下套管或钻进工序的切换。

2.根据权利要求1所述的海底钻机双井架及套管处理系统，其特征在于，所述双井架装置(101)包括：双井架(1)、小天车(3)和大天车(4)；第一升降井架装置主要由双井架(1)的右侧井架和小天车(3)构成，第二升降井架装置主要由双井架(1)的左侧井架和大天车(4)构成，小天车(3)固定在双井架(1)的右侧井架顶端，大天车(4)固定在双井架(1)的左侧井架顶端，注入头装置(102)通过钢丝绳与小天车(3)连接，吊钩装置(103)通过钢丝绳与大天车(4)连接。

3.根据权利要求1或2所述的海底钻机双井架及套管处理系统，其特征在于，所述注入头装置(102)包括：注入头主体(2-1)、驱动链轮(2-2)、鹅颈管(2-3)和链轮带(2-4)；注入头主体(2-1)与第一升降井架装置连接，可沿第一升降井架装置上下移动，驱动链轮(2-2)对称分布于注入头主体(2-1)内且驱动链轮(2-2)对称线方向与注入头主体(2-1)上下移动方向平行，用于给连续管提供推力或拉力，鹅颈管(2-3)位于注入头主体(2-1)上部且鹅颈管(2-3)的下端口位于驱动链轮(2-2)对称线上，用于引导连续管沿驱动链轮(2-2)对称线上下移动，链轮带(2-4)分别绕接在对称分布的驱动链轮(2-2)上，用于为连续管提供夹紧力和摩擦力。

4.根据权利要求1-3任一项所述的海底钻机双井架及套管处理系统，其特征在于，所述吊钩装置(103)包括：大钩(5)，大钩(5)的上部与第二升降井架装置连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的海底钻机双井架及套管处理系统，其特征在于，所述套管存储装置(104)包括：支架(10-1)、套管一(10-2)、套管二(10-3)和套管三(10-4)；支架(10-1)用于套管存储，套管一(10-2)、套管二(10-3)、套管三(10-4)分别放置于支架(10-1)内不同区域。

6.根据权利要求1-5任一项所述的海底钻机双井架及套管处理系统，其特征在于，所述套管输送装置(105)包括：套管输送机(11)、输送机轨道(13)、上卸扣装置(12)和转盘(14)；输送机轨道(13)由套管存储装置(104)延伸至井口，套管输送机(11)位于输送机轨道(13)上，可沿输送机轨道(13)移动并通过套管输送机(11)底部实现360°旋转，用于将套管从套管存储装置(104)输送至井口或从井口输送至套管存储装置(104)，上卸扣装置(12)位于井口边缘，用于将套管连接或拆卸，转盘(14)位于第二升降井架装置下方，用于在拆接套管时夹紧下方套管。

7.根据权利要求1-6任一项所述的海底钻机双井架及套管处理系统，其特征在于，所述双井架输送装置(106)包括：减速机(6)、驱动电机(7)、丝杠(8)和滑轨(9)；滑轨(9)安装在双井架装置(101)下方，双井架装置(101)可沿滑轨(9)移动，丝杠(8)的一端与双井架装置(101)联接，另一端通过联轴器与减速机(6)联接，驱动电机(7)通过联轴器与减速机(6)联接，用于为双井架装置(101)的移动提供动力。

8.一种海底钻机双井架及套管处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

当进行钻进操作时，双井架输送装置(106)驱动双井架装置(101)整体移动，使第一升降井架装置对准井口；

控制注入头装置(102)动作，引导连续管下入井内，进行钻进。

9.根据权利要求8所述的海底钻机双井架及套管处理方法，其特征在于，所述控制注入头装置(102)动作，引导连续管下入井内，进行钻进的步骤包括：

控制驱动链轮(2-2)转动带动链轮带(2-4)绕驱动链轮(2-2)转动，鹅颈管(2-3)引导连续管穿入链轮带(2-4)之间，在链轮带(2-4)夹带下连续管被拉直同时向下运动进入井内，进行钻进。

10.根据权利要求8或9所述的海底钻机双井架及套管处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当进行下管套操作时，双井架输送装置(106)驱动双井架装置(101)整体移动，使第二升降井架装置对准井口；

控制套管输送机(11)从套管存储装置(104)的套管一(10-2)、套管二(10-3)或套管三(10-4)中抓取第一根套管，并旋转一定角度，沿输送机轨道(13)将第一根套管输送至井口；

控制大钩(5)提取第一根套管，第二升降井架装置控制大钩(5)下放，转盘(14)夹紧第一根套管上方；

控制套管输送机(11)从套管存储装置(104)的套管一(10-2)、套管二(10-3)或套管三(10-4)中抓取第二根套管，并旋转一定角度，沿输送机轨道(13)将第二根套管输送至井口；

控制上卸扣装置(12)将两根套管进行联接；

控制大钩(5)继续将联接好的两根套管进行下放，继续联接，直至完成下套管操作。