KR102225073B1 - 자동화된 파이프 트립핑 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

자동화된 파이프 트립핑 장치는 외부 프레임과 내부 프레임을 포함한다. 내부 프레임은 트립핑 슬립과 강철 러프넥을 포함한다. 자동화된 파이프 트립핑 장치는 엘리베이터 및 권양기와 협력하여 연속적 운동으로 관형 스트링을 트립 인할 수 있다. 트립핑 슬립 및 강철 러프넥은 내부 프레임과 함게 외부 프레임 내에서 수직으로 이동할 수 있다. 관형 스트링의 중량은 트립핑 슬립과 엘리베이터 사이에서 전달된다. 강철 러프넥은 관형 세그먼트 사이의 나사 연결부를 조립 또는 분해할 수 있고, 상부 관형 세그먼트는 엘리베이터에 의해 지지되고, 하부 관형 세그먼트는 트립핑 슬립에 의해 지지된다. 자동화된 파이프 취급 장치는 엘리베이터로 또는 엘리베이터로부터 파이프의 섹션을 공급 또는 제거할 수 있다. 제어 시스템은 엘리베이터와 권양기 및 자동화된 파이프 트립핑 장치 양자 모두를 제어할 수 있다.

Description

자동화된 파이프 트립핑 장치 및 방법 {AUTOMATED PIPE TRIPPING APPARATUS AND METHODS}
본 출원은 2012년 10월 22일자로 출원된 미국 가출원 제61/716,980호로부터 우선권을 주장하는 정출원이다.
본 발명은 일반적으로 시추 장치의 관형 스트링의 취급에 관한 것으로, 특히, 트립핑 인(tripping in) 또는 트립핑 아웃(tripping out) 작업 동안 관형 스트링을 조립 및 분리하는 것에 관한 것이다.
오일 및 가스 산업에서, 땅속 깊이 매장된 탄화수소의 매장소에 도달하기 위해 지반 내로 유정이 시추된다. 유정보어의 시추, 정비 및 완결시, 소위 파이프 스트링이 사용된다. 시추 스트링, 케이싱 스트링, 툴 스트링 등을 포함하는 파이프 스트링은 유정보어의 가능한 최대 깊이에 도달하도록 단부끼리 결합된 나사식으로 연결된 파이프 섹션의 길이들로 구성된다. 일 예로서, 시추 작업시, 시추 스트링은 드릴 비트, 머드 모터(mud motor) 및 시추 중 측정(MWD) 센서 어레이를 포함할 수 있는 저부공 조립체(BHA)와, 다양한 다른 센서, 스페이서 및 통신 장치를 포함할 수 있다.
지반 내로 더 깊게 시추가 진행됨에 따라, 시추 파이프의 길이가 시추 스트링의 상단에 추가된다. 일반적으로, 시추 스트링에 추가되기 이전에 두 개 또는 세 개의 30 피트 길이의 시추 파이프가 소위 파이프 스탠드로 연결된다. 시추 장치는 파이프 슬립 상에 시추 스트링을 매달고 권양기로부터 시추 스트링을 분리시킨다. 시추 장치는 권양기로 다음 파이프를 시추 스트링 위로 들어올리고 이를 시추 스트링에 나사식으로 연결하며, 이러한 연결은 특히 시추 플로어 상의 잠재적으로 위험한 환경에 대한 인력의 노출을 감소시키기 위해 자동화된 또는 "강철" 러프넥(roughneck)을 사용하여 이루어진다.
때때로, 전체 관형 스트링이 유정보어로부터 제거되어야 한다. 이런 "트립핑 아웃" 동작은 예로서, 드릴 비트 파손의 경우, 유정보어 내로 하강된 공구가 표면으로 회수되어야 하는 경우 또는 유정보어가 그 목표 깊이에 도달하는 경우에 필요할 수 있다. 때때로, 동일한 또는 새로운 관형 스트링이 다시 유정보어 내로 연장되어야만 한다. 이런 "트립핑 인" 동작은 예로서, 새로운 드릴 비트를 갖는 시추 스트링을 유정내로 다시 집어넣거나, 패커(packer) 같은 다운홀 툴을 하강시키거나, 유정을 완결하기 위해 유정보어 내로 케이싱 스트링을 삽입할 수 있다.
현대의 유정이 극도로 깊어지고 있기 때문에, 트립핑 아웃 또는 트립핑 인 작업은 많은 수의 나사결합 파이프 조인트를 분리(분해) 또는 연결(조립)하는 것을 필요로 할 수 있다. 통상적으로, 이런 연결을 조립 및 분해하기 위해 동일한 권양기, 러프넥 및 슬립이 사용된다. 시추 장치의 작업은 극도로 많은 비용이 들 수 있기 때문에, 관형 스트링을 트립 인 또는 트립 아웃에 대한 요구는 매우 값비싼 작업일 수 있다. 추가적으로, 단순히 유정보어로부터 관형 스트링을 제거하거나 유정보어 내로 관형 스트링을 삽입하는 것에 의해 유정보어에 손상이 유발될 수 있다. 예로서, 유정보어 압력은 일부 환경에서 다운홀 툴의 급속한 이동에 의해 급속히 증가 또는 감소될 수 있다. 일반적으로 "스와빙(swabbing)"이라 지칭되는 이들 압력 동요는 예로서 매장소 유체가 유정보어로 유동하게 하거나 유정보어 주변의 지층의 불안정을 유발할 수 있다.
본 발명은 자동화된 파이프 트립핑 장치를 제공한다. 자동화된 파이프 트립핑 장치는 하나 이상의 수직 지지부를 포함하는 외부 프레임과, 외부 프레임에 활주식으로 결합된 내부 프레임을 포함하고, 내부 프레임은 내부 프레임과 외부 프레임 사이에 결합된 승강 기구에 의해 수직방향으로 이동될 수 있도록 위치된다. 내부 프레임은 트립핑 슬립과 강철 러프넥을 포함할 수 있고, 트립핑 슬립은 관형 부재를 수용하고 관형 부재를 선택적으로 파지 및 지지하도록 위치되며, 강철 러프넥은 트립핑 슬립 위에 위치되고 관형 부재를 수용하며 관형 부재의 제1 세그먼트와 제2 세그먼트 사이의 나사식 조인트를 조립 또는 분해하도록 위치된다.
또한, 본 발명은 유정보어로부터 제거된 관형 스트링으로부터 관형 부재를 제거하는 방법을 제공한다. 관형 스트링은 일련의 나사식으로 연결된 관형 부재로 구성될 수 있다. 이 방법은 자동화된 파이프 트립핑 장치를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 자동화된 파이프 트립핑 장치는 하나 이상의 수직 지지부를 포함하는 외부 프레임과, 외부 프레임에 활주식으로 결합된 내부 프레임을 포함하고, 내부 프레임은 내부 프레임과 외부 프레임 사이에 결합된 승강 기구에 의해 수직으로 이동되도록 위치된다. 내부 프레임은 트립핑 슬립과 강철 러프넥을 포함할 수 있고, 트립핑 슬립은 관형 부재를 수용하고 관형 부재를 선택적으로 파지 및 지지하도록 위치되며, 강철 러프넥은 트립핑 슬립 위에 위치되고 관형 부재를 수용하고 관형 부재의 제1 세그먼트와 제2 세그먼트 사이의 나사식 조인트를 조립 또는 분해하도록 위치된다. 강철 러프넥은 러프넥 승강 기구에 의해 하부 위치와 상부 위치 사이에서 수직 방향으로 선택적으로 이동가능할 수 있다. 이 방법은 유정보어 위의 시추 장치의 시추 플로어 상에 자동화된 파이프 트립핑 장치를 배치시키는 단계로서, 시추 장치는 권양기, 엘리베이터, 자동화된 파이프 취급 장치 및 시추 플로어 슬립을 포함하고, 관형 스트링은 자동화된 파이프 트립핑 장치를 통해 연장하는, 자동화된 파이프 트립핑 장치 배치 단계와; 트립핑 속도를 규정하는 비교적 일정한 속도로 엘리베이터로 관형 스트링을 들어올리는 단계와; 내부 프레임을 하향 이동시키는 단계와; 강철 러프넥을 상부 위치로 이동시키는 단계와; 강철 러프넥이 최상위 관형 부재와 다음 관형 부재 사이의 나사식 조인트와 정렬되도록 트립핑 속도로 내부 프레임을 상향 이동시키는 단계와; 트립핑 슬립을 작동시키는 단계와; 관형 스트링의 중량을 트립핑 슬립으로 전달하는 단계와; 강철 러프넥으로 나사식 조인트를 분해하는 단계와; 최상위 관형 부재를 강철 러프넥으로부터 들어올리는 단계와; 자동화된 파이프 취급 시스템에 의해 엘리베이터로부터 최상위 관형 부재를 제거하는 단계와; 강철 러프넥을 하부 위치로 이동시키는 단계와; 엘리베이터를 하향 이동시키는 단계와; 엘리베이터가 관형 스트링에 부착되도록 트립핑 속도로 엘리베이터를 상향 이동시키는 단계와; 관형 스트링의 중량을 엘리베이터로 전달하는 단계와; 트립핑 슬립을 해제하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 유정보어 내로 삽입되는 관형 스트링에 관형 부재를 추가하는 방법을 더 제공한다. 관형 스트링은 일련의 나사식으로 연결된 관형 부재로 구성될 수 있다. 이 방법은 자동화된 파이프 트립핑 장치를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 자동화된 파이프 트립핑 장치는 하나 이상의 수직 지지부를 포함하는 외부 프레임과, 외부 프레임에 활주식으로 결합된 내부 프레임을 포함하고, 내부 프레임은 내부 프레임과 외부 프레임 사이에 결합된 승강 기구에 의해 수직으로 이동되도록 위치된다. 내부 프레임은 트립핑 슬립과, 강철 러프넥을 포함할 수 있고, 트립핑 슬립은 관형 부재를 수용하고 관형 부재를 선택적으로 파지 및 지지하도록 위치되며, 강철 러프넥은 트립핑 슬립 위에 위치되고 관형 부재를 수용하고 관형 부재의 제1 세그먼트와 제2 세그먼트 사이의 나사식 조인트를 조립 및 분해하도록 위치된다. 강철 러프넥은 러프넥 승강 기구에 의해 하부 위치와 상부 위치 사이에서 수직 방향으로 선택적으로 이동할 수 있다. 이 방법은 유정보어 위의 시추 장치의 시추 플로어 상에 자동화된 파이프 트립핑 장치를 배치시키는 단계로서, 시추 장치는 권양기, 엘리베이터, 자동화된 파이프 취급 장치 및 시추 플로어 슬립을 포함하고, 관형 스트링은 자동화된 파이프 트립핑 장치를 통해 연장하며, 관형 스트링은 트립핑 슬립에 의해 파지되는, 자동화된 파이프 트립핑 장치 배치 단계와; 트립핑 속도를 규정하는 비교적 일정한 속도로 내부 프레임을 하향 이동시키는 단계와; 엘리베이터를 상향 이동시키는 단계와; 자동화된 파이프 취급 시스템에 의해 엘리베이터에 추가적 관형 부재를 부착하는 단계와; 강철 러프넥을 상부 위치로 이동시키는 단계와; 추가적 관형 부재가 관형 스트링의 나사식 커넥터와 정렬될 때까지 트립핑 속도보다 높은 속도로 엘리베이터를 하향 이동시키고, 그후, 대체로 트립핑 속도로 엘리베이터를 하향 이동시키는 단계와; 강철 러프넥으로 관형 스트링과 추가적 관형 부재 사이의 나사식 조인트를 조립하는 단계와; 관형 스트링의 무게를 엘리베이터로 전달하는 단계와; 트립핑 슬립을 해제하는 단계와; 내부 프레임을 상향 이동시키는 단계와; 강철 러프넥을 하부 위치로 이동시키는 단계와; 강철 러프넥이 추가적 관형 부재의 상부 나사식 조인트와 정렬되도록 트립핑 속도로 내부 프레임을 하향 이동시키는 단계와; 트립핑 슬립을 작동시키는 단계와; 관형 스트링의 중량을 트립핑 슬립으로 전달하는 단계와; 엘리베이터로부터 추가적 관형 부재를 해제하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 자동화된 제어 시스템을 제공한다. 자동화된 제어 시스템은 유정보어의 내외로 이동하는 관형 부재의 속도를 변화시키는 제1 코어 명령을 포함할 수 있으며, 상기 속도는 트립핑 속도를 규정하고, 트립핑 속도는 유정보어 내에 위치된 관형 부재의 단부의 압력 센서에 의해 측정된 유정보어 내의 압력의 변동에 응답하여 변화된다.
본 발명은 첨부 도면을 참조로 읽을 때 하기의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 산업계의 표준 관례에 따라서 다양한 특징들은 실척대로 그려져 있지 않다는 것을 강조해둔다. 사실 다양한 특징부의 치수는 설명의 명료성을 위해 임의적으로 증가 또는 감소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 준한 자동화된 트립핑 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 자동화된 파이프 트립핑 장치의 단면도이다.
도 3 내지 도 8a는 본 발명의 실시예에 준한 트립핑 인 동작에 따른 동작들을 도시한다.
도 9 내지 도 12a는 본 발명의 실시예에 준한 트립핑 아웃 동작에 따른 작업들을 도시한다.
이하의 내용은 다양한 실시예의 다양한 특징들을 이행하기 위한 다수의 다른 실시예 또는 예를 제공한다는 것을 이해하여야 한다. 본 발명을 단순화하기 위해 구성요소 및 배열의 특정 예가 이하에 설명되어 있다. 물론 이들은 단지 예이며, 제한을 의도하지는 않는다. 또한, 본 발명은 다양한 예에서, 참조번호 및/또는 문자를 반복 사용할 수 있다. 이러한 반복은 간결성 및 명료성을 위한 것이며, 설명된 다양한 실시예 및/또는 구성 사이의 관계를 자체적으로 지시하고 있는 것은 아니다.
본 내용의 목적상, 관형 세그먼트 및 관형 스트링은 시추 스트링, 케이싱 스트링, 툴 스트링 등과 소위 파이프 스탠드를 포함하는 동일한 바의 다수의 사전연결된 세그먼트를 포함하지만 이에 한정되지 않는 유정보어에 사용하기 위한 임의의 상호연결된 일련의 관을 지칭할 수 있다.
도 1 및 도 2는 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)를 도시한다. 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)는 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)가 직접적으로 유정보어(15) 위에 있도록 시추 장치의 시추 플로어(10) 상에 위치될 수 있다. 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)는 일부 실시예에서 시추 플로어(10) 상에 직접적으로 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)는 예로서, 그리고, 비제한적으로, 레일, 롤러, 래크 또는 시추 플로어(10)를 따라 수평으로 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)를 활주시키기 위한 임의의 다른 적절한 장치를 사용하여 유정보어(15) 위의 위치로부터 멀어지는 방향으로 이동하도록 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)는 본 기술 분야에 공지된 바와 같은 자동화된 러프넥을 위해 사용되는 것들 같은 레일을 따라 탑재되도록 롤러(미도시)를 포함할 수 있다. 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)는 외부 모터(미도시)에 의해 구동될 수 있거나, 레일을 따라 자체적으로 추진하도록 하나 이상의 모터(미도시)를 사용할 수 있다. 일부 실시예에서, 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)는 기준 시추 장치 상에 개장될 수 있으며, 시추 장치의 플로어(10)상의 기존 레일을 사용할 수 있다.
자동화된 파이프 트립핑 장치(101)는 외부 프레임(103)과 내부 프레임(105)을 포함할 수 있다. 외부 프레임(103)은 지지부(107)를 포함할 수 있고, 지지부(107)는 대체로 수직으로 연장한다. 내부 프레임(105)은 외부 프레임(103)에 결합될 수 있고, 외부 프레임(103) 내에서 대체로 수직 방향으로 활주될 수 있다. 일부 실시예에서, 지지부(107)는 내부 프레임(105)이 그를 따라 활주될 수 있는 레일로서 작용할 수 있다. 일부 실시예에서, 내부 프레임(105)은 베어링, 롤러, 부싱 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 내부 프레임(105)과 지지부(107) 사이의 마찰을 감소시키기 위한 하나 이상의 장치를 포함한다. 비록, "외부" 및 "내부"로서 설명되지만, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 외부 프레임(103)은 내부 프레임(105)을 둘러싸거나, 완전히 포위하거나 전체적으로 내부 프레임(105)의 외주 외측에 존재할 필요는 없다는 것을 이해할 것이다. 일부 실시예에서, 외부 프레임(107)은 예로서 유정보어(15) 위에 자동화된 파이프 트립핑 장치를 배치하도록 본 기술 분야에서 이해되는 바와 같이 상단 구동 레일에 결합될 수 있다.
내부 프레임(105)은 승강 기구에 의해 외부 프레임(103) 내에서 수직으로 구동된다. 도 1에 도시된 것 같은 일부 실시예에서, 승강 기구는 외부 프레임(103)과 내부 프레임(105) 사이에 결합된 하나 이상의 유압 피스톤(109)일 수 있다. 비록, 외부 프레임(103)의 하부 단부에 연결되어 수직 상향으로 추진되는 것으로 도시되어 있지만, 본 기술 분야의 숙련자는 본 내용의 도움으로 본 내용의 범주로부터 벗어나지 않고 유압 피스톤(109)의 다른 구성이 대체될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 승강 기구는 잭스크류 기구일 수 있다. 이런 실시예에서, 외부 프레임(103)은 본 기술 분야에서 이해되는 바와 같이 대응 리드스크류를 각각 구동하는 하나 이상의 모터를 포함할 수 있다. 각 리드스크류는 일반적으로 수직으로 연장하고, 내부 프레임(105)에 결합된 리드스크류 너트에 결합된다. 본 기술 분야에서 이해되는 바와 같이, 리드스크류가 회전할 때, 내부 프레임(105)은 리드스크류가 회전되는 방향에 따라 상 또는 하로 이동한다. 본 내용을 인지한 본 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 임의의 수의 다른 승강 기구가 대체될 수 있으며, 비제한적으로 케이블 및 풀리, 래크 및 피니언, 선형 작동기 등을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
일부 실시예에서, 내부 프레임(105)은 트립핑 슬립(111)을 포함할 수 있다. 트립핑 슬립(111)은 포싱 링(113) 및 슬립 조오(115)를 포함할 수 있다. 트립핑 슬립(111)은 시추 장치에 일반적으로 사용되는 전형적인 동력 슬립과 유사하게, 관형 스트링이 상단 구동부 또는 권양기로부터 분리되는 시간 동안 관형 스트링(미도시)을 해제가능하게 파지 및 지지할 수 있다. 트립핑 슬립(111)은 유압식, 전기식, 공압식 또는 통상적 동력 슬립을 작동시키기 위해 사용되는 임의의 다른 적절한 방식으로 작동될 수 있다. 트립핑 슬립(111)은 내부 프레임(105)이 외부 프레임(103) 내에서 수직으로 이동할 때 수직으로 이동하도록 위치된다. 트립핑 슬립(111)의 동작이 후술된다.
일부 실시예에서, 내부 프레임(105)은 또한 강철 러프넥(117)을 포함할 수 있다. 본 기술 분야에서 이해되는 바와 같이, 강철 러프넥(117)은 관형 스트링 내의 관형 부재들 사이의 나사식 연결을 조립 또는 분해하기 위해 위치된다. 강철 러프넥(117)은 고정 조오(119), 조립/분해 조오(121) 및 파이프 스피너(123)를 포함할 수 있다. 본 기술 분야에서 이해되는 바와 같이, 고정 조오(119)는 조립 또는 분해될 나사식 파이프 조인트 아래의 하부 관형부재를 파지하도록 위치될 수 있다. 예시적 조립 작업에서, 상부 관형 부재는 하부 관형 부재와 동축으로 위치된다. 파이프 스피너는 비교적 고속 저토크 회전을 상부 관형 부재에 제공하여 상부 관형 부재와 하부 관형 부재를 함께 나사결합한다. 그후, 조립/분해 조오(121)가 결합되어 저속 고토크 회전을 하부 관형 부재에 제공함으로써 예로서 관형 부재들 사이의 강성적 연결을 보증한다. 예시적 분해 작업에서, 조립/분해 조오(121)가 상부 관형 부재에 결합되어 저속 고토크 회전을 상부 관형 부재에 부여함으로써 나사식 조인트를 초기에 헐거워지게 한다. 그후, 파이프 스피너(123)가 상부 관형 부재를 회전시켜 관형 부재의 분리를 완료한다.
일부 실시예에서, 강철 러프넥(117)은 머드 버킷(125)을 더 포함할 수 있다. 머드 버킷(125)은 예로서, 시추 플로어(10) 상에 시추 유체가 누설되는 것을 방지하기 위해 분해 동작 동안 상부 관형 부재 내에 수용될 수 있는 시추 유체를 구속하도록 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 머드 버킷(125)은 고정 조오(119), 조립/분해 조오(121) 및/또는 파이프 스피너(123) 중 하나 이상을 수납할 수 있다. 일부 실시예에서, 머드 버킷(125)은 예로서, 머드 버킷(125)과 관형 부재 사이에서 시추 유체가 흐르는 것을 방지하기 위해 상부 및/또는 하부 밀봉부(127, 129)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상부 및 하부 밀봉부(127, 129)는 예로서 제한 없이 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)를 통해 관이 통과할 수 있게 하도록 후퇴될 수 있다. 일부 실시예에서, 머드 버킷(125)은 머드 버킷(125) 내에 수용된 시추 유체가 시추 유체 저장소로 복귀하도록 할 수 있는 배액 라인(131)에 결합된다. 일부 실시예에서, 배액 라인(131)은 예로서, 머드 버킷(125)으로부터 시추 유체를 제거하는 것을 돕기 위해 진공 펌프에 결합될 수 있다.
일부 실시예에서, 강철 러프넥(117)은 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)에 영구적으로 부착될 수 있다. 다른 실시예에서, 강철 러프넥(117)은 시추 장치의 시추 동작 동안 사용되는 것과 동일한 러프넥일 수 있다. 이런 실시예에서, 직접적으로 시추 플로어(10) 상에 위치된 강철 러프넥(117)은 트립핑 동작 동안 사용을 위해 내부 프레임(105) 상에 재배치될 수 있다. 내부 프레임(105)은 강철 러프넥(117)을 분리가능하게 수용하도록 구성된 플랫폼을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 강철 러프넥(117)은 상부 위치(도 2에 도시된 바와 같이)로부터 하부 위치로 트립핑 슬립(111)에 대해 내부 프레임(105) 내에서 수직방향으로 이동가능할 수 있다. 강철 러프넥(117)은 강철 러프넥(117)의 수직방향 이동을 위한 가이드 레일로서 작용할 수 있는 하나 이상의 강철 러프넥 지지부(133)에 의해 내부 프레임(105)에 결합될 수 있다. 강철 러프넥은 예로서, 그리고, 비제한적으로, 유압 피스톤, 잭스크류, 래크 및 피니언, 케이블 및 풀리, 선형 작동기 등에 의해 수직방향으로 구동될 수 있다.
일부 실시예에서, 강철 러프넥(117)은 조립 동작 동안 강철 러프넥(117) 내로 상부 관형 부재의 삽입을 돕도록 위치된 파이프 중심설정기(118)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 강철 러프넥(117)은 강철 러프넥(117)에 의해 조립되는 나사식 연결부의 나사에 파이프 도프(dope)라 본 기술 분야에 공지된 윤활 유체를 적용하도록 위치된 파이프 도핑 시스템(미도시)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 강철 러프넥(117)은 후술된 바와 같은 관 충전 장치를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)는 트립핑 슬립(111) 및 강철 러프넥(117)을 포함하는 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)의 각 시스템과 내부 프레임(105)의 이동 및 강철 러프넥(117)의 이동을 제어할 수 있는 제어 시스템을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 시스템은 추가적으로 예로서, 그리고, 비제한적으로, 권양기, 상단 구동부, 엘리베이터, 엘리베이터 링크 및 파이프 취급 장치를 포함하는 시추 장치 상의 다른 시스템을 추가적으로 제어할 수 있을 수 있다. 이런 실시예에서, 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)는 최소의 조작자 입력으로 전체 관형 스트링을 자율적으로 트립핑할 수 있을 수 있다.
자동화된 파이프 트립핑 장치(101)의 구성요소의 동작을 예시하기 위해, 예시적 트립핑 인 동작 및 예시적 트립핑 아웃 동작이 후술된다.
본 발명의 실시예에 준한 트립핑 인 동작에서, 도 3 내지 도 8a에 도시된 바와 같이, 자동화된 트립핑 장치(101)는 시추 장치(1)의 유정보어(15) 위에 시추 플로어(10) 상에 위치된다. 시추 장치(1)는 도 3에 도시된 바와 같이 시추 플로어(10), 회전 테이블(25) 내에 위치된 시추 플로어 슬립(20), 권양기(30), 이동 블록(35), 상단 구동부(40), 엘리베이터(45), 자동화된 파이프 취급 장치(50) 및 핑거보드(55)를 포함할 수 있다. 본 기술 분야에서 이해되는 바와 같이, 권양기(30)는 이동 블록(35)을 통해 상단 구동부(40)에 연결되고 시추 장치(1) 내에서 상하로 상단 구동부(40)를 이동시킬 수 있다. 엘리베이터(45)는 상단 구동부(40)에 결합되고 시추 장치(1) 내의 관형 세그먼트에 연결되어 관형 세그먼트를 현수 및 이동시키도록 위치될 수 있다. 엘리베이터(45)는 관형 세그먼트에 연결되도록 선택적으로 작동될 수 있는 하나 이상의 엘리베이터 링크 또는 베일(bale)을 포함할 수 있다. 자동화된 파이프 취급 장치(50)는 트립핑 또는 시추 작업 동안 핑거보드(55)와 엘리베이터(45) 사이에서 파이프 스탠드(60)를 이동시키도록 기능한다.
트립핑 인 동작을 시작하기 위해, 자동화된 파이프 취급 장치(50)는 제1 관형 세그먼트(151)를 엘리베이터(45)에 의해 지지되도록 위치시킬 수 있다. 엘리베이터(45)는 제1 관형 세그먼트(151)를 지지하고, 이를 유정보어(15)를 향해 하강시킨다. 엘리베이터(45)가 제1 관형 세그먼트(151)를 하강시킬 때, 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)의 내부 프레임(105)은 외부 프레임(103) 내에서 상부 위치로 상향 이동할 수 있다. 내부 프레임(105)이 상방으로 이동할 때, 강철 러프넥(117)은 예로서, 엘리베이터(45)가 후술된 바와 같이 내부 프레임(105) 내에서 제1 관형 세그먼트(151)를 적절하게 위치시킬 수 있게 하도록 하부 위치로 이동할 수 있다.
도 4 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 엘리베이터(45)가 지속적으로 하방으로 이동할 때, 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)를 통해 제1 관형 세그먼트(151)의 강하의 소정 지점에서, 트립핑 슬립(111)은 제1 관형 세그먼트(151)와 결합한다. 일부 실시예에서, 트립핑 슬립(111)이 결합될 때, 내부 프레임(105)은 제1 관형 세그먼트(151)의 속도와 동일한 속도로 하향 이동하고, 따라서, 제1 관형 세그먼트가 지속적으로 하향 이동함에 따라 트립핑 슬립(111)이 제1 관형 세그먼트(151)와 결합할 수 있게 한다. 트립핑 슬립(111)이 결합되는 제1 관형 세그먼트(151)를 따른 위치는 제1 관형 세그먼트(151)의 상부 나사 커넥터(153)가 상부 나사 커넥터(153)가 그 상부 위치에서 강철 러프넥(117)의 조립/분해 조오(121)와 고정 조오(119) 사이의 지점에 정렬되도록 내부 프레임(105)에 대한 높이에 위치되도록 선택될 수 있다.
트립핑 슬립(111)이 제1 관형 세그먼트(151)와 결합되고 나면, 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)는 제1 관형 세그먼트(151)를 지지하고, 엘리베이터(45)는 이를 해제할 수 있다. 내부 프레임(105)은 엘리베이터(45)가 제1 관형 세그먼트(151)를 해제할 때 계속 하향 이동하며, 제1 관형 세그먼트(151)를 유정보어(15) 내로 하강시킨다.
일부 실시예에서, 관 충전 장치가 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)와 함게 포함될 수 있다. 관 충전 장치는 본 기술 분야에서 이해되는 바와 같이, 조립 동작 동안 관형 스트링에 시추 유체가 추가될 때 시추 유체로 이를 충전하도록 관형 세그먼트의 개방 단부 위로 연장하도록 위치될 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같은 일부 실시예에서, 관 충전 장치는 구스넥(135; gooseneck)을 포함할 수 있으며, 이는 제1 관형 세그먼트(151)의 개방 단부 위로 연장하여 시추 유체로 제1 관형 세그먼트를 충전할 수 있다. 일부 실시예에서, 구스넥(135)은 시추 장치(1) 상의 시추 유체 공급 펌프에 연결되는 TAM Casing Circulator(TAM International Inc.에 의해 생산됨) 같은 서큘레이팅 팩커를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 관 충전 장치는 상단 구동부(40)의 일부로서 포함될 수 있다.
제1 관형 세그먼트(151)가 엘리베이터(45)로부터 해제되고 나서, 엘리베이터(45)는 도 5에 도시된 바와 같이 시추 장치(1) 내에서 상향 이동한다. 파이프 취급 장치(50)는 핑거보드(55)로부터 제2 관형 세그먼트(161)를 찾고, 이를 엘리베이터(45)에 전달한다. 일부 실시예에서, 파이프 취급 장치(50)는 이전 동작 중 하나 이상과 동시에 제2 관형 세그먼트(161)를 구할 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 엘리베이터(45)가 이를 수용하도록 위치될 때까지 "준비 위치"에서 제2 관형 세그먼트(161)를 보유할 수 있다.
엘리베이터(45)가 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)로부터 이격 방향으로 이동한 이후, 강철 러프넥(117)이 도 5 및 도 5a에 도시된 바와 같이 제1 관형 세그먼트(151)를 중심으로 그 상부 위치로 연장한다. 이전에 설명한 바와 같이, 상부 나사 커넥터(153)는 고정된 조어(119)와 조립/분해 조오(121) 사이에서 정렬된다. 일부 실시예에서, 강철 러프넥(117)의 위치는 이 위치설정이 달성되도록 상향 또는 하향 이동에 의해 미세 조율될 수 있다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 내부 프레임(105)은 이들 동작 동안 지속적으로 하향 이동을 계속한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 엘리베이터(45)가 제2 관형 세그먼트(161)를 수용하고 나서, 엘리베이터(45)는 제2 관형 세그먼트(161)의 하부 나사 커넥터(163)가 제1 관형 세그먼트(151)의 상부 나사 커넥터(153)와 정렬될 때까지 내부 프레임(105)의 하강보다 더 빠른 속도로 시추 장치(1) 내에서 제2 관형 세그먼트(161)를 하강시키며, 이때, 엘리베이터(45)는 내부 프레임(105)과 동일한 속도로 하강한다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 나사 커넥터(153, 163)는 그후 강철 러프넥(117)에 의해 조립된다. 일부 실시예에서, 파이프 스피너(123)는 나사 연결부(153, 163)의 나사부의 대부분을 신속하게 결합하다. 다른 실시예에서, 상단 구동부(40)는 제2 관형 세그먼트(161)를 회전시킬 수 있다. 조립/분해 조오(121)는 -고정 조오(119)와 조합하여- 높은 토크를 인가하여 조립 동작을 완료한다.
연결이 이루어지고 나면, 관형 스트링(150)의 중량(이제, 제1 및 제2 관형 세그먼트(151, 161)로 구성됨)은 엘리베이터(45)에 전체적으로 전달될 수 있다. 엘리베이터(45)가 관형 스트링(150)을 지지하고 나면, 트립핑 슬립(111)은 도 7 및 도 7a에 도시된 바와 같이 관형 스트링(150)으로부터 분리될 수 있다. 내부 프레임(105)은 그후 외부 프레임(103) 내에서 상향 이동할 수 있으며, 그 동안, 강철 러프넥(117)이 도 8 및 도 8a에 도시된 바와 같이 전술된 바와 같이 엘리베이터(45)가 하강을 지속함에 따라 파이프 스트링(150)의 상부 단부를 수용할 준비가 되도록 그 하부 위치로 다시 이동한다. 파이프 취급 장치(50)는 동시에 다음 조립 작업에서 파이프 스트링(150)에 추가되는 제3 관형 세그먼트(171)를 찾을 수 있다.
전술한 공정은 관형 스트링(150)이 유정보어(15) 내에서 원하는 길이에 도달할 때까지 각 관형 세그먼트에 대해 반복된다. 이 지점에서, 시추 장치 플로어 슬립(20)은 관형 스트링(150)과 재결합한다. 내부 프레임(105)은 관형 스트링(150)의 최상위 단부보다 높아질 때까지 외부 프레임(103) 내에서 상향 이동할 수 있다. 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)는 그후 유정보어(15) 위의 위치로부터 이격 방향으로 이동될 수 있고, 예로서, 시추, 케이싱 시멘팅, 완결 등을 포함하는 다른 시추 장치 동작이 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 준한 트립핑 아웃 동작에서, 도 9 내지 도 12a에 도시된 바와 같이, 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)가 시추 장치(1) 내의 유정보어(15) 위에서 시추 플로어(10) 상에 위치된다. 도 9 및 도 9a에 도시된 바와 같이, 시추 장치 플로어 슬립(20)에 의해 보유되는 관형 스트링(250)은 엘리베이터(45)가 전술한 바와 같이 그 하부 위치에서 강철 러프넥(117) 위의 관형 스트링(250)의 상부 단부에 연결될 수 있기에 충분히 멀리 시추 플로어(10) 위에서 연장한다.
일부 실시예에서, 외부 프레임(103) 내의 하부 위치에 내부 프레임(105)이 있는 상태에서, 트립핑 슬립(111)은 관형 스트링(250)과 결합하고, 관형 스트링(250)은 내부 프레임(105)이 외부 프레임(103) 내에서 상향 이동됨에 따라 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)에 의해 먼저 들어올려진다. 다른 실시예에서, 엘리베이터(45)는 관형 스트링(250)과 결합하고, 이를 상방으로 이동시키기 시작한다. 관형 스트링(250)이 유정보어(15)로부터 들어올려지기 시작할 때, 시추 장치 플로어 슬립(20)이 분리되어 트립핑 슬립(111) 또는 엘리베이터(45)가 관형 스트링(250)의 중량을 지탱할 수 있게 한다.
도 10 및 도 10a에 도시된 바와 같이, 관형 스트링(250)은 초기에 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)에 의해 들어올려진다. 관형 스트링(250)이 상향 이동함에 따라, 내부 프레임(105)과 동일한 속도로 상방으로 이동하는 동안 엘리베이터(45)는 관형 스트링(250)에 부착된다. 관형 스트링(250)의 중량은 엘리베이터(45)에 전달되고, 트립핑 슬립(111)이 분리된다.
엘리베이터(45)가 계속 관형 스트링(250)을 들어올림에 따라, 내부 프레임(105)이 외부 프레임(103) 내에서 하향 이동하고, 강철 러프넥(117)이 도 11에 도시된 바와 같이 그 상부 위치로 이동한다.
상부 관형 세그먼트(251)의 하단부에 대응하는 툴 조인트(253)가 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)에 진입함에 따라, 툴 조인트(253)가 전술한 바와 같이 강철 러프넥(117)과 정렬될 때, 내부 프레임(105)은 엘리베이터(45)와 동일한 속도로 상향 이동한다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 트립핑 슬립(111)이 관형 스트링(250)과 결합하고, 파이프 스트링(250)의 중량의 일부가 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)에 의해 담당된다.
이들을 포함하는 실시예에서, 상부 및 하부 머드 버킷 밀봉부(127, 129)가 도 11b에 도시된 바와 같이 이 지점에서 결합된다.
강철 러프넥(117)은 그 후 툴 조인트(253)를 분해할 수 있다. 고정 조오(119)와 조립/분해 조오(121)는 툴 조인트(253)와 결합하고, 툴 조인트(253)를 초기에 분리시키도록 높은 토크를 적용한다. 일부 실시예에서, 도 11c에 도시된 바와 같이, 파이프 스피너(123)가 그후 툴 조인트(253) 분리를 급속히 마무리한다. 다른 실시예에서, 상단 구동부(40)는 상부 관형 세그먼트(251)를 회전시킬 수 있다. 상부 관형 세그먼트(251) 내에 수납된 임의의 시추 유체(255)는 툴 조인트(253)가 분해됨에 따라 방출되고, 머드 버킷(125)에 의해 포획될 수 있다. 시추 유체(255)는 그후 예로서, 시추 유체 공급부로 재순환되도록 배액 라인(미도시)을 통해 유동할 수 있다.
툴 조인트(253)가 분해되고 나면, 도 12 및 도 12a에 도시된 바와 같이, 엘리베이터(45)는 속도가 증가하고, 자동화된 파이프 트립핑 장치(101) 위로 상부 관형 세그먼트(251)를 들어올린다. 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)는 유정보어(15)로부터 관형 스트링(250)을 계속 들어올린다. 일부 실시예에서, 자동화된 파이프 취급기(50)가 그후 상부 관형 세그먼트(251)를 수용하고, 이를 핑거보드(55)로 전달한다. 내부 프레임(105)이 계속 관형 스트링(250)을 들어올릴 때, 강철 러프넥(117)은 전술된 바와 같이 그 하부 위치로 이동한다.
이전에 설명된 공정은 그후 관형 스트링(250)이 유정보어(15)로부터 완전히 제거될 때까지 각 관형 세그먼트를 위해 반복될 수 있다. 이 지점에서, 비트 교체, BHA 정비, 유정 테스트, 천공 등을 비제한적으로 포함하는 트립핑 아웃 절차에 필요한 임의의 절차가 수행될 수 있다. 일부 경우에, 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)는 케이싱 구동, 팩커 구동 또는 다른 툴 구동, 교체된 드릴 비트를 갖는 시추 스트링을 다시 트립핑 인하는 것 같은 절차에 사용될 수 있다. 다른 경우에, 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)는 유정보어(15) 바로 위의 시추 플로어로부터 제거될 수 있다.
엘리베이터(45) 및 트립핑 슬립(111)이 수직방향으로 이동할 수 있기 때문에, 유정보어(15)에 트립핑 인 또는 트립핑 아웃되는 관형 스트링은 일정한 속도로 전체 트립핑 공정을 위한 지속적 운동을 유지할 수 있다. 관형 스트링이 일정하게 운동하기 때문에, 관형 스트링은 관형 스트링이 불연속 트립핑 동작에서 관형 스트링에 의해 도달되는 것보다 느린 속도로 관형 스트링을 유지하면서 통상적 불연속적 트립핑 절차와 동일한 시간의 양으로 트립핑 인될 수 있다. 일부 환경에서, 유정보어 압력은 다운홀 툴의 급속한 이동에 의해 급속히 증가 또는 감소될 수 있다. 일반적으로 트립핑 인 동안의 "서징(surging)" 또는 트립핑 아웃 동안의 "스와빙"이라 일반적으로 지칭되는 이들 압력 동요는 예로서, 유정보어를 둘러싸는 지반의 불안정성을 유발하거나 유정보어 내로 저장부 유체가 유입하게 할 수 있다. 동일한 양의 시간 동안, 그러나, 더 느린 속도로 관형 스트링이 동일한 거리로 트립핑 인될 수 있게 하는 것은 예로서, 스와빙으로부터의 유정보어 손상의 기회를 감소시킨다. 추가적으로, 연속적 운동은 예로서, 유정보어 내의 관형 스트링의 급속한 시동 및 정지에 의해 유발되는 유압 충격을 방지하는 것을 도울 수 있다.
일부 실시예에서, 연속적 트립핑 동작 동안 유정보어 내의 관형 스트링의 속도로서 규정되는 트립핑 속도는 조작자에 의해 사전결정될 수 있다. 다른 실시예에서, 트립핑 속도는 폐루프 피드벡 메커니즘에 의해 제어될 수 있다. 예로서, 일부 실시예에서, 폐루프 제어기는 툴 스트링의 저부에서 압력 센서에 의해 측정되는 압력을 고려할 수 있다. 압력을 측정하고, 예로서, 절대 압력 변화, 압력 변화율 및 압력 변화 가속을 감시함으로써, 제어기는 예로서, 유정보어 내의 서징 또는 스와빙을 방지하도록 트립핑 속도를 증가 또는 감소시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 유정보어 내의 압력은 상단 구동부(40) 또는 승강 기구에 의해 사용되는 구동 전류를 측정함으로써 유추될 수 있다.
추가적으로, 전술한 바와 같이, 일부 실시예에서, 자동화된 파이프 트립핑 장치(101)의 제어 시스템은 권양기(30), 상단 구동부(40), 엘리베이터(45) 및 파이프 취급 장치(50) 중 하나 이상을 제어할 수 있다. 이 때문에, 제어 시스템은 이들 시스템 각각의 상태를 추가적으로 감시하고, 예로서, 환경적 요인, 시스템 기능, 관 파라미터 등에 응답하여 트립핑 속도를 잠재적으로 변경할 수 있다. 또한, 제어 시스템은 시추 장치(1)에서의 온도, 유정보어 내의 온도 및 트립핑 작업 동안 유정보어로부터 시추 유체를 반환하는 온도 같은 다른 인자를 측정하고, 이들을 트립핑 속도 결정시 고려할 수 있다. 제어 시스템은 관 충전 장치 상의 역압을 추가적으로 측정할 수 있다.
상술한 바는 본 기술 분야의 통상적 기술자가 본 발명의 양태를 더 양호하게 이해하도록 몇몇 실시예의 특징을 개요설명한다. 이런 특징은 다수의 등가의 대안들 중 임의의 하나로 대체될 수 있으며, 이들 중 단지 일부가 본 명세서에 개시되어 있다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 본 명세서에 소개된 실시예의 동일한 장점을 달성 및/또는 동일한 목적을 수행하기 위한 다른 공정 및 구조를 설게 또는 변경하기 위한 기초로서 본 발명을 쉽게 사용할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 기술 분야의 통상적 숙련자는 또한 이런 균등 구성이 본 발명의 개념 및 범주로부터 벗어나지 않으며, 본 발명의 개념 및 범주로부터 벗어나지 않고 다양한 변경, 치환 및 대안을 안출할 수 있다는 것을 인지하여야 한다.

Claims (20)

  1. 자동화된 파이프 트립핑 장치에 있어서,
    하나 이상의 수직 지지부들을 포함하는 외부 프레임과,
    상기 외부 프레임에 활주식으로 결합된 내부 프레임으로서, 상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임 사이에 결합된 승강 기구에 의해 수직방향으로 이동되도록 위치되는 내부 프레임을 포함하고,
    상기 내부 프레임은
    관형 부재를 수용하고 상기 관형 부재를 선택적으로 파지 및 지지하도록 위치된 트립핑 슬립들과,
    상기 트립핑 슬립들 위에 위치된 강철 러프넥으로서, 상기 관형 부재를 수용하고 상기 관형 부재의 제1 세그먼트와 제2 세그먼트 사이에서 나사 조인트를 조립 또는 분해하기 위해, 러프넥 승강 기구에 의해, 상기 내부 프레임의 하부 위치와 상기 내부 프레임의 상부 위치 사이에서 수직 방향으로 선택적으로 이동하여 위치될 수 있는 강철 러프넥을 포함하는,
    자동화된 파이프 트립핑 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 러프넥 승강 기구는 하나 이상의 유압 피스톤들, 잭 스크류들, 래크들 및 피니언들, 케이블 및 풀리 또는 이동 블록 중 하나를 포함하는 자동화된 파이프 트립핑 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 강철 러프넥은
    상기 관형 부재의 상기 제1 세그먼트를 파지하고 그 회전을 방지하도록 위치된 고정 조오들 및
    상기 관형 부재의 상기 제2 세그먼트를 파지하고 고토크 저속 회전을 상기 관형 부재의 상기 제2 세그먼트 상에 부여하도록 위치되는 조립/분해 조오들
    을 더 포함하는 자동화된 파이프 트립핑 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 강철 러프넥은 상기 관형 부재의 상기 관형 부재의 상기 제2 세그먼트 상에 저토크 고속 회전을 부여하도록 위치되는 파이프 스피너를 더 포함하는 자동화된 파이프 트립핑 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 강철 러프넥은 파이프 도핑 시스템을 더 포함하는 자동화된 파이프 트립핑 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 시추 유체로 상기 관형 부재를 충전하도록 위치된 관 충전 장치를 더 포함하는 자동화된 파이프 트립핑 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 관 충전 장치는 상기 강철 러프넥 상에 위치되는 자동화된 파이프 트립핑 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 관 충전 장치는 서큘레이팅 팩커를 포함하는 자동화된 파이프 트립핑 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 승강 기구, 상기 강철 러프넥 및 상기 트립핑 슬립을 제어하도록 위치되는 제어 시스템을 더 포함하는 자동화된 파이프 트립핑 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제어 시스템은 권양기들, 상단 구동부, 엘리베이터, 엘리베이터 링크들 및 자동화된 파이프 취급 장치 중 적어도 하나를 추가로 제어하도록 위치되는 자동화된 파이프 트립핑 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제어 시스템은 트립핑 동작 동안 상기 관형 부재의 속도를 제어하도록 위치된 폐루프 제어기를 더 포함하는 자동화된 파이프 트립핑 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 폐루프 제어기는 유정보어 내의 압력의 변동들에 응답하여 상기 관형 부재의 속도를 변화시키며,
    상기 압력은, 상기 유정보어 내에 위치된 상기 관형 부재의 단부에서 측정되는, 자동화된 파이프 트립핑 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 프레임은 트랙을 따라 하나 이상의 롤러들 상에서 수평으로 구르도록 위치되는 자동화된 파이프 트립핑 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 강철 러프넥은 머드 버킷을 더 포함하고, 상기 머드 버킷은 분해 작업 이후 상기 관형 부재의 상기 제1 세그먼트와 상기 제2 세그먼트의 상부 내에 수용된 임의의 시추 유체를 수납하도록 위치되는 자동화된 파이프 트립핑 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 머드 버킷은 하부 밀봉부와 상부 밀봉부 중 적어도 하나를 더 포함하고, 상기 하부 및 상부 밀봉부들은 머드 버킷의 내부를 상기 관형 부재에 대해 밀봉하도록 위치되는 자동화된 파이프 트립핑 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 머드 버킷은 상기 머드 버킷으로부터 시추 유체 저장소로 시추 유체가 유동할 수 있게 하도록 위치되는 배액 라인을 더 포함하는 자동화된 파이프 트립핑 장치.
  18. 일련의 나사식으로 연결된 관형 부재들로 이루어지는, 유정보어로부터 제거된 관형 스트링으로부터 관형 부재를 제거하는 방법에 있어서,
    자동화된 트립핑 장치를 제공하는 단계로서,
    상기 자동화된 파이프 트립핑 장치는
    하나 이상의 수직 지지부들을 포함하는 외부 프레임과,
    상기 외부 프레임에 활주식으로 결합된 내부 프레임으로서, 상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임 사이에 결합된 승강 기구에 의해 수직방향으로 이동되도록 위치되는 내부 프레임
    을 포함하고,
    상기 내부 프레임은
    관형 부재를 수용하고 상기 관형 부재를 선택적으로 파지 및 지지하도록 위치된 트립핑 슬립들과,
    상기 트립핑 슬립들 위에 위치된 강철 러프넥으로서, 상기 관형 부재를 수용하고 상기 관형 부재의 제1 세그먼트와 제2 세그먼트 사이에서 나사 조인트를 조립 또는 분해하도록 위치되며, 러프넥 승강 기구에 의해 하부 위치와 상부 위치 사이에서 수직 방향으로 선택적으로 이동할 수 있는 강철 러프넥
    을 포함하는
    자동화된 트립핑 장치를 제공하는 단계와;
    상기 유정보어 위에서 시추 장치의 시추 플로어 상에 상기 자동화된 파이프 트립핑 장치를 위치시키는 단계로서, 상기 시추 장치는 권양기들, 엘리베이터, 자동화된 파이프 취급 장치 및 시추 플로어 슬립을 포함하고, 상기 관형 스트링은 상기 자동화된 파이프 트립핑 장치를 통해 연장하는, 자동화된 파이프 트립핑 장치를 위치시키는 단계와;
    트립핑 속도를 규정하는 비교적 일정한 속도로 상기 엘리베이터로 상기 관형 스트링을 들어올리는 단계와;
    상기 내부 프레임을 하향 이동시키는 단계와;
    상기 강철 러프넥을 상기 상부 위치로 이동시키는 단계와;
    상기 강철 러프넥이 최상위 관형 부재와 다음 관형 부재 사이의 나사 조인트와 정렬되도록 상기 트립핑 속도로 상기 내부 프레임을 상향 이동시키는 단계와;
    상기 트립핑 슬립들을 작동시키는 단계와;
    상기 관형 스트링의 중량을 상기 트립핑 슬립으로 전달하는 단계와;
    상기 강철 러프넥으로 상기 나사 조인트를 분해하는 단계와;
    상기 강철 러프넥으로부터 이격 방향으로 상기 최상위 관형 부재를 들어올리는 단계와;
    상기 자동화된 파이프 취급 시스템에 의해 상기 엘리베이터로부터 상기 최상위 관형 부재를 제거하는 단계와;
    상기 강철 러프넥을 상기 하부 위치로 이동시키는 단계와;
    상기 엘리베이터를 하향 이동시키는 단계와;
    상기 엘리베이터가 상기 관형 스트링에 부착되도록 상기 트립핑 속도로 상기 엘리베이터를 상향 이동시키는 단계와;
    상기 관형 스트링의 중량을 상기 엘리베이터에 전달하는 단계와;
    상기 트립핑 슬립들을 해제하는 단계
    를 포함하는 관형 부재 제거 방법.
  19. 일련의 나사식으로 연결된 관형 부재들로 구성된, 유정보어 내로 삽입되는 관형 스트링에 관형 부재를 추가하는 방법에 있어서,
    자동화된 파이프 트립핑 장치를 제공하는 단계로서,
    상기 자동화된 파이프 트립핑 장치는
    하나 이상의 수직 지지부들을 포함하는 외부 프레임과,
    상기 외부 프레임에 활주식으로 결합된 내부 프레임으로서, 상기 내부 프레임과 상기 외부 프레임 사이에 결합된 승강 기구에 의해 수직방향으로 이동되도록 위치되는 내부 프레임
    을 포함하고,
    상기 내부 프레임은
    관형 부재를 수용하고 상기 관형 부재를 선택적으로 파지 및 지지하도록 위치된 트립핑 슬립들과,
    상기 트립핑 슬립들 위에 위치된 강철 러프넥으로서, 상기 관형 부재를 수용하고 상기 관형 부재의 제1 세그먼트와 제2 세그먼트 사이에서 나사 조인트를 조립 또는 분해하도록 위치되며, 러프넥 승강 기구에 의해 하부 위치와 상부 위치 사이에서 수직 방향으로 선택적으로 이동할 수 있는 강철 러프넥
    을 포함하는
    자동화된 트립핑 장치를 제공하는 단계와;
    상기 유정보어 위에서 시추 장치의 시추 플로어 상에 상기 자동화된 파이프 트립핑 장치를 위치시키는 단계로서, 상기 시추 장치는 권양기들, 엘리베이터, 자동화된 파이프 취급 장치 및 시추 플로어 슬립들을 포함하고, 상기 관형 스트링은 상기 자동화된 파이프 트립핑 장치를 통해 연장하며, 상기 관형 스트링은 상기 트립핑 슬립들에 의해 파지되는, 자동화된 파이프 트립핑 장치를 위치시키는 단계와;
    트립핑 속도를 규정하는 비교적 일정한 속도로 상기 내부 프레임을 하향 이동시키는 단계와;
    상기 엘리베이터를 상향 이동시키는 단계와;
    상기 자동화된 파이프 취급 시스템에 의해 상기 엘리베이터에 추가적 관형 부재를 부착하는 단계와;
    상기 강철 러프넥을 상기 상부 위치로 이동시키는 단계와;
    상기 추가적 관형 부재의 하부 나사 커넥터가 상기 관형 스트링의 상부 나사 커넥터와 정렬할 때까지 상기 트립핑 속도보다 높은 속도로 상기 엘리베이터를 하향 이동시키는 단계와; 그후
    상기 엘리베이터를 상기 트립핑 속도로 하향 이동시키는 단계와;
    상기 강철 러프넥으로 상기 관형 스트링과 상기 추가적 관형 부재 사이에서 상기 나사 조인트를 조립하는 단계와;
    상기 관형 스트링의 중량을 상기 엘리베이터로 전달하는 단계와;
    상기 트립핑 슬립들을 해제하는 단계와;
    상기 내부 프레임을 상향 이동시키는 단계와;
    상기 강철 러프넥을 상기 하부 위치로 이동시키는 단계와;
    상기 강철 러프넥이 상기 추가적 관형 부재의 상부 나사 조인트와 정렬되도록 상기 트립핑 속도로 상기 내부 프레임을 하향 이동시키는 단계와;
    상기 트립핑 슬립들을 작동시키는 단계와;
    상기 관형 스트링의 중량을 상기 트립핑 슬립들에 전달하는 단계와;
    상기 추가적 관형 부재를 상기 엘리베이터로부터 해제하는 단계
    를 포함하는 관형 부재를 추가하는 방법.
  20. 자동화된 제어 시스템에 있어서,
    유정보어의 내부 또는 외부로 이동하는 관형 부재의 속도를 변화시키되, 상기 속도는 트립핑 속도를 규정하고, 상기 트립핑 속도는 상기 유정보어 내에 위치된 상기 관형 부재의 단부의 압력 센서에 의해 측정되는 상기 유정보어 내의 압력의 변동들에 응답하여 변하는, 제1 코드 명령들; 및
    외부 프레임에 활주식으로 결합된 내부 프레임의, 상기 외부 프레임의 제1 위치로부터 상기 외부 프레임의 제2 위치로, 수직 이동을 제어하고, 상기 관형 부재의 제1 및 제2 세그먼트 사이에서 나사 조인트를 조립 또는 분해하기 위해, 상기 내부 프레임의 강철 러프넥이 상기 내부 프레임의 하부 위치에서 상기 내부 프레임의 상부 위치 사이에서 수직 방향으로 이동하도록, 제어하는 제2 코드 명령들;
    을 포함하는 자동화된 제어 시스템.
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