CN1906375B - 用于在钻井现场装卸管体部分的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在钻台(11)上的许多不同位置之间移动管子(22)的方法和设备，上述不同位置包括离开钻的管架(26)和(27)、制备开口(21)、井眼和储存区。管子(22)可以装载到钻台(11)上，在制备开口(21)中制备出，装载到储存管架(26)和(27)上或离开储存管架(26)和(27)，并在井眼中进行钻井的同时连接到钻柱(19)上。设备还包括至少两个管操作装置(24)和(29)，用于使管子(22)在离开钻台(11)的储存区(26)和(27)、钻台(11)上的储存区、至少一个制备开口(21)和钻井开口(18)之间连通。

Description

用于在钻井现场装卸管体部分的系统和方法

发明领域

本发明涉及在不中断钻井作业的情况下用于在石油钻井平台上装载、互连、分开和储存管子的一体化的方法和设备。 

发明背景 

在常规的石油钻井平台上钻井操作期间，当钻头深入井眼这样的距离，使得只有小部分钻柱从钻台的上表面向上延伸时，钻井操作必须停止，并将新的管子钻柱部分从位于钻台外部的储存地点或架(rack)中取出，并连接到钻柱的上端上。一旦连接了新的部分，则可以继续钻井操作。通常，钻柱部分的长度为30英尺或约10m。这意味着每次钻头再深入地下10m，则钻井操作就必须停止，并且必须如上所述地加入另一个钻柱部分。 

这种作业产生相当长的停机时间，在所述停机时间里没有实际钻井发生。由于实际上对钻机的投资很高(作为例子，离岸钻机的每天租金可以是大约50000美元)，所以即使所必的停机时间相对较小的减少量也具有很大的经济意义。 

通常用来减少钻机停机时间的一种技术方案是将两个钻柱部分装配到20m的支架中，上述两个钻柱部分或者是单管，各具有约10m的长度，或者是双管，该双管由以下步骤制成，即，将各单管的钻柱部分放在邻近钻井开口的狭窄的小鼠洞(mousehole)中，并通过使用空气卷扬器(air tugger)和旋转板手连接各单管，而同时钻井操作继续进行。在美国专利No.4850439中说明了用于这种脱机支架组合的一个示例性系统和设备，其公开内容在此被引入作为参考。然而，尽管这些常规的脱机支架组合系统在钻井作业中产生显著的效率，但它们一般利用许多复杂的设备部件，如绞车和多用途管操作机，上述许多复杂的设备部件导致系统复杂、成本高，并需要大量的工作中的维 修。 

因此，需要更简单、成本更低的系统，用于为标准石油平台提供脱机支架组合和管操作功能。 

发明概述 

本发明提供用于在钻台上许多不同位置之间移动管子的方法和设备，上述不同位置包括离台架、制备开口、井眼和储存区，使得管子可以装载到钻台上，在制备开口处制备，装到储存架上或从储存架上卸下，并在井眼处进行钻井的同时连接到钻柱上。 

在一个实施例中，方法和设备包括至少两个管操作装置，用于连通离开钻台的储存区、在钻台上的储存区、至少一个制备开口和钻井开口之间的管子。 

在本发明的一个实施例中，至少两个管操作装置中的一个是多个夹具的管子装载和制备管操作装置，其被设计用来从钻机的V形门中输送钻管或其它管子的接头，并把它们输送到一对用于组合支架的制备开口中，并同时在油井中心处继续进行钻井活动。在一个这种的实施例中，系统包括支架组合桁架装置，所述支架组合桁架装置包括安装在井架内适当位置中的至少一个竖直桁架，在所述位置处它具有至少两个独立的夹紧装置，该夹紧装置可以利用绕竖直轴线的动力旋转进出V形门起吊点和制备开口。 

在另一个实施例中，管子装载和制备管操作装置的半径与管子扭转装置如标准铁钻工的工作范围相交，用于在管子之间形成连接。在这个实施例中，对于铁钻工(iron roughneck)的工作范围来说，优选的是也与油井中心和制备开口相交，用于在脱扣(tripping)时形成连接用。 

在本发明的另一个实施例中，管子装载和制备管操作装置的半径也被设计为穿过V形门与钻井平台的边缘相交，从而管操作装置的至少两个臂中的至少一个可以从离开钻井平台的外部，例如通过管子斜坡从外部储存区吊起管子。 

在本发明的另一个实施例中，至少两个管操作装置中的一个是储 存管操作装置，所述管操作装置包括机械手臂，所述机械手臂一般安装在桅杆式或井架式钻井结构中，以便提供用于将在油井中心或支架组合位置之间的钻管或钻铤移动到收进位置，并再次返回。 

在另一个实施例中，本发明包括装载、建造和钻井的方法，所述方法包括一系列的步骤，这些步骤包括：用装载和制备管操作装置将管子从钻台之外移动到钻台上，然后在制备开口处取出管子建造管子的支架，然后通过储存管操作装置将制得的支架从制备开口拉到储存区。 

在这样一个实施例中，在操作期间，装载和制备管操作装置的至少两个夹紧装置中的第一个夹紧装置在V形门起吊点处吊起管体，并将管体移动到第一制备孔位置。在一个实施例中，然后将装载和制备管操作装置的第一夹紧装置移回到V形门起吊位置，并将第二管体提升和旋转到制备开口和固定到第一管体上。然后通过第一夹紧装置将管子从制备开口中升起，并将制备管操作装置的第二夹紧装置移动到V形门起吊位置，将第三接头提升和下放到第一制备开口中适当位置，并与第一和第二管子连接，第一和第二管子通过第二夹紧装置用铁钻工或其它常规的扭转扳手装置旋转到制备开口中第三管子上的位置中成一双管。然后升起形成的管段，并将装载和制备管操作装置朝向储存管操作装置方向旋转。储存管操作装置用来接收来自装载和制备管操作装置的管段，储存管操作装置将支架缩回和移入储存区中所希望的位置。 

在本发明的另一个实施例中，装载和制备管操作装置的第一和第二夹紧装置以交替的方式工作，使得第一夹具吊起第一管，第二夹具吊起第二管，然后将两个管子连续地输送到小鼠洞中，并用铁钻工或其它常规的扭转扳手装置连接成双管。然后用两个夹紧装置中的一个提升所形成的管段，并将装载和制备管操作装置朝向储存管操作装置方向旋转。储存管操作装置用来接收来自装载和制备管操作装置的管段，储存管操作装置使支架缩回并移入储存区中所希望的位置。 

在本发明的另一个实施例中，装载和制备管操作装置的两个夹紧 装置同时工作，以从钻台之外吊起两个管子，然后通过V形门将它们装载到一个或多个制备开口中。 

在本发明的另一个实施例中，可以采用形成的管子的即时运输系统。在这个实施例中，将所形成的管子从本发明直接送到储存管操作装置，用于以不将形成的管子放置在储存区的方式放入钻井开口中。 

在本发明的另一个实施例中，按照本发明所述的方法和设备中所用的接头或管体部分可以包括钻管单体、油井套管单体、钻铤、稳定器、找中器、刮管器、钻头和其它钻柱或钻井套管部件及生产管部分。通过使用按照本发明所述的方法，这些管体部分可以装载成管段，如钻井支架和油井套管支架(通常是双重或三重支架)，井底组件或井底组件部件，测井组件，等等。 

在另一个实施例中，本发明的方法和设备也可以用来拆卸管段，然后可以将产生的若干管体部分或单管输送到钻台上的储存区或者输送到钻台外部可供选择的储存地点。 

应该理解，按照本发明所述的钻机可以是陆地钻机及离岸钻机。 

附图说明

通过参考下面的详细说明并结合附图能更好理解本发明的这些和其它特点和优点，其中： 

图1是按照本发明所述的钻孔的一个示例性实施例的井架的侧视图； 

图2是按照本发明所述的示例性装载和制备管操作装置的示意图； 

图3是按照本发明所述的示例性储存管操作装置的示意图； 

图4是示出图1所示的钻机的示例性实施的钻台的示意性顶部平面图；以及 

图5是按照本发明所述的具有离平台管操作能力的示例性装载和制备管操作装置的示意图； 

图6是按照本发明所述的具有同时平台外管操作能力的示例性两臂式装载和制备管操作装置的示意图； 

图7-18是示出按照本发明所述的支架制备方法的示例性实施例的各种不同步骤的示意侧视图； 

图19-26是示出按照本发明所述的钻井方法的示例性实施例的各种不同步骤的示意侧视图。 

具体实施方式

本发明提供一种用于使管在钻台上许多不同位置之间移动的设备，上述许多不同位置包括离台架(off-floor rack)、制备开口、井眼和储存区，因此管子可以装到钻台上，布置在制备开口处，装载在储存架上或者离开储存架，并在井眼处进行钻井的同时连接到钻柱上。 

结合本发明的示例性钻机在附图的图1中示意性地示出，并且通常包括井架10，井架10从钻台或平台区11向上延伸。包括运动滑车13和转钩组件14的钻井绞车12安装在井架10的上部。通过钻井绞车12以本身已知的方式悬挂顶部驱动单元15，顶部驱动单元15安装在托架16上，以便可沿着竖直延伸的轨道17移动。因而悬挂的钻井绞车12和顶部驱动单元15基本上与限定在钻台中的钻井开口18对准，并且顶部驱动单元15可以与穿过钻井开口18的钻柱19的上端旋转驱动接合。 

限定在钻台11中的至少一个装配或制备开口21位于钻井开口18附近。在制备开口21和竖直的或V形门25附近设置了用于装载钻管和制备钻井支架22(“装载和制备管操作装置”)的多臂式管子操作和输送机构，该管子操作和输送机构包括竖直延伸的框架23和至少两个安装在其上的竖直对准的夹紧装置24a和24b，该竖直的或者V形门25如外部狭窄的过道25a和管子进出斜坡25b设置在井架10的一侧，该侧用于进出远离钻台11的区域。 

钻台11还可以包括储存区26和27，储存区26和27例如通过常规的指板28布置在井架范围内的收进区中，用于储存处于竖直位置的钻柱或油井套管支架或井底组件部件。在这个实施例中，用于从从储存区26和27中装载和卸载管子支架的第二管操作和输送机构29(“储存管操作装置”)包括可旋转和可延伸的夹紧装置31，输送机构29 通常是安装在井架结构内的收进区中，以使在井中心或支架组合位置之间的管子移动到收进位置或再次返回。在一个优选实施例中，如图1-3中所示，第二管操作装置29安装在两个储存区26和27之间的井架的上部中。 

钻台还载有与钻井绞车12有关的升起工件32。司钻室和用于准备绞车和其它装置的操作人员的操作室也位于在钻台上。应该理解，尽管在图1中示出这些装置的一种构造，但在本发明的脱机支架体系统中可以采用这些元件的任何功能布置。 

如图2中详细示出的，在一个实施例中，装载和制备管操作和输送机构(管操作装置)22的框架23包括竖直轴35，所述竖直轴35具有连接在其上的多个夹紧装置24a和24b。竖直轴35安装在下部旋转平台36和上部旋转平台37中，因此竖直轴可以绕其纵向轴线转动。每个夹紧装置24a和24b可以包括固定在提升钢丝绳端部处的夹具，该提升钢丝绳布置在固定半径的臂的端部处，或者可供选择地，可以固定在臂的端部处，所述臂的端部可以从竖直轴35向外延伸一预定距离。此外，夹具24a和24b每个可独立地旋转，或者在径向上相互偏置，从而夹具可以利用竖直轴35的旋转运动同时操作管子。在任一实施例中，夹紧装置24a和24b还可以绕管子操作和输送机构的轴线旋转，因此夹紧装置24a和24b可以在具有限定外部半径的圆38内移动，所述圆38在图2中用点虚线表示。 

如图4所示，装载和制备管装卸和输送机构22被这样地对准，即，装置的冲程和行程使管子在V形门和制备开口之间运动。然而，应该理解，也可以用其它合适的装载和制备管操作和输送机构。例如，如各附图示出的，夹紧装置也可以沿竖直方向提升和升起管子。在本发明的另一个实施例中，装载和制备管操作和输送机构也可以提供一提升机构，该提升机构用来将管子升起离开钻台11，如通过管子斜坡11b从狭窄的过道11a(如图5所示)升起到夹紧装置24a和24b的冲程和行程的范围内。如图5所示，在一个优选实施例中，绞车被设计成向外延伸越过斜坡11b离开钻台11，从而管子可以从平台外的狭窄过 道11a直接升起到输送机构22的外部有效范围。这种设计防止与管子的装载和卸载有关的正常摆动偏离钻井平台11。 

在这个实施例中，用来沿竖直轴35上和下提升装载和制备机构22的夹紧装置24a的提升钢丝绳24a′穿过夹紧装置24a的固定半径臂的端部处的组件运动，使得当夹紧装置24a的夹具24a″被下放到轴35的底部并到达停止位置时，提升钢丝绳24a′和在提升钢丝绳端部处的夹具24a″能进一步从斜坡11b向下运动到狭窄的过道11a上。一旦夹具24a″连接到接头上，提升钢丝绳24a′就缩回到装载和制备机构22的主体上。另外，当夹具24a″到达主夹紧装置24a的下侧时，夹具与固定半径的臂重新连接，并且整个夹紧机构可被沿竖直桁架35向上吊起，如正常操作那样。这种操作也可以在装载和制备机构22的另一些臂中进行。在这个实施例中，每个臂都能接近钻台处的管子。此外，在这个实施例中，各臂可以同时工作，以便将管子通过V形门装到钻台上，如图6所示。 

应该理解，尽管上面说明了装载和制备管操作装置的优选实施例，但任何合适的多臂式管操作装置在功能上都能在V形门和至少一个制备开口之间操纵和输送管子，并且在本发明中可以应用第二管操作装置。 

如图3中详细示出的，在一个实施例中，储存管操作装置29通常包括可延伸的夹紧臂31，所述夹紧臂31在其端部上具有夹紧装置39，夹紧装置39安装到储存区26和27之间的井架结构内收进区中的旋转平台40上。储存管操作装置29通常提供用于管子在油井中心或者支架组合位置之间运动到收进位置并再次向后。如图所示，臂31上的夹紧装置39可以从竖直轴旋转平台40向外延伸预定的距离。因为夹紧装置39可以延伸，并且当旋转平台40旋转时绕储存管操作机构的轴线旋转，所以夹紧装置39可以在限定外部半径的圆41内移动，上述限定外部半径的圆41在图3中用点虚线表示。如图4所示，储存管操作和输送机构29被这样对准，即，使装置的冲程和行程可用于管子在储存区26和27、制备开口21和钻井开口18之间运动。然而，应该 理解，储存管操作和输送机构的其它合适的设计和结构也可以用，以便保持在至少一个制备开口、储存区和钻井开口之间操纵和输送管子的功能。 

此外，尽管上面示出和说明了一个示例性的钻台，但也可以建造其它的构造，以便包括本发明的组合式装载和制备管操作装置和储存管操作装置。例如，在钻台的表面中可以只设置一个小鼠洞。可供选择地，在钻台中可以限定附加的制备孔，如所谓的井底部小直径井眼(rathole)，用于在希望在钻机方面使用常规的回转台驱动装置的情况下接收方钻杆。在井架中还可以形成与常规的V形门成并排关系的第二V形门，钻柱和油井套管部件可以穿过所述第二V形门直接供到制备开口上。 

最后，应该理解，本发明的管子操作系统的最终结构和设计将取决于钻机的各个部件的设计和位置，上述各个部件包括V形门、制备开口、钻井开口和相关的绞车、储存区和管子扭转工具。 

本发明还针对利用上述脱机支架组合系统操纵钻机的方法。现在将相对于图7-26说明上述钻机操作的一个示例性方法。图7-18示出在本发明的脱机支架组合系统中如何进行钻进活动，并且同时可以用下面所述的方式装配任何数量的管子支架或组件。 

总体上，根据本发明的方法的一个示例性实施例以用下述方式装配标准的三管支架： 

将第一单管体部分如钻管部分46a从井架10的外部穿过V形门25装入，从离开钻台狭窄的过道11a上升到管子斜坡11b(图7)，旋转到制备开口上方的适当位置(图8)，并通过装载和制备管操作装置22的第一夹紧装置的绞车下放到制备开口21中(图9)。在这个实施例中，绞车可以采取许多形式。例如，绞车可以是只能使管子穿过V形门到达多个夹紧装置的装载和制备管操作装置的独立提升装置。然而，优选的是，装载和制备管操作装置的提升机构本身是这样设计的，当被下放时，多臂式装载和制备管操作装置的一个或多个夹具可以下降到斜坡上，并且这个夹具的绞车可以用来首先将单个管体 部分从钻井区的外部沿管子斜坡11b上升穿过V形门到达管操作装置22的主体，如上所述和如图5-7中所示的。接着，将卡瓦(slip)固定，松开装载和制备管操作装置22的第一夹紧装置，并通过第一夹紧装置或者后继的夹紧装置用相同的方式穿过V形门25引入第二单管体部分46b。装载和制备管操作装置22或者将这个第二单管体部分64b放入第二相邻的制备开口47中，或者如图10所示，将这个第二单管部分46b悬挂在制备开口中的第一单管部分46a的上方并靠近第一单管部分46a，同时通过常规的管子扭转装置如铁钻工48或通过安装在装载和制备管操作装置22上的管子扭转装置(未示出)将两个单管部分装配起来。应该理解，尽管图10所述的管子扭转装置可以设计成旋转进入适当位置，但也可以用其它合适的设计，如带有沿着一路线对准的线性行程的管子扭转装置，使得可以到达制备开口21和钻井开口18，或者具有可旋转的和线性的行程的组合装置。 

与管子扭转装置的实际设计无关，在一个实施例中，如果使用单个制备开口，卡瓦被松开并通过装载和制备管操作装置22的第一夹具24a将双管组件49从制备开口中升起到达合适位置，使得双管组件在钻台11的上方。然后通过装载和制备管操作装置22的第二臂24b引入第三单管46a，第二臂24b将这个第三单管46c装入制备开口21中，然后通过第一夹具将双管组件在制备开口上方旋转，并利用管子扭转装置48将在制备开口21中的单管连接到双管组件上，如图11和12中所示。 

尽管上面说明了主要是用第一夹紧装置组合管子的方法，但应该理解，在本发明中可以使用夹紧装置的任何组合。在一个实施例中，可以采用可供选择的方法用单个小鼠洞来建造管子。在这个实施例中，如图13-16所示，装载和制备管操作装置22的第一夹紧装置24a使第一单管体部分46a穿过V形门25而引入，然后第二夹紧装置24b以类似方式使第二单管体部分46b穿过V形门25而引入。然后装载和制备管操作装置22将第一单管部分46a放入制备开口47中，并将第二单管部分46b悬挂在制备开口中的第一单管部分46a的上方并靠近 第一单管部分46a，同时通过任意一种常规的管子扭转装置将两个单管部分46a和46b装配起来。然后第一夹紧装置24a将装配好的双管部分从制备开口中升起，并通过第二夹紧装置24b使第三单管部分46c穿过V形门25而引入，第三单管部分46c放入空的制备开口47中。然后将双管旋转到第三单管部分的上方并靠近第三单管部分，如上所述地装配出三件管部分。 

如上所述和图6中所示，在本发明另一个实施例中，对装载和制备管操作装置22的两个偏置的夹紧装置24a和24b来说，同时操纵管子向上和离开钻台狭窄的过道，以甚至在制备开口处提供管子支架的更快装配是可行的。 

尽管上述讨论集中在单个制备开口钻机上，但如果利用两个制备开口，则在许多不同的组合中可以使用装载和制备管操作装置的多个夹具。例如，在实施例中，通过第二夹具引入第三单管部分46c，及装载和制备管操作装置22将这个第三单管悬挂在第二制备开口47中的第二单管46b的上方并靠近第二单管46b，然后通过管子扭转装置48将两个单管连接起来。然后装载和制备管操作装置22的第一夹具或第二夹具将双管组件49从第二制备开口47中升起，并将这个双管组件悬挂在第一制备开口21中第一单管部分46a的上方并靠近第一单管部分46a。然后通过管子扭转装置48将双管组件49与单管部分46a连接起来。 

与用来构建支架的技术无关，一旦制备出整个三件管组件50，就松开在制备开口21上的卡瓦，并通过装载和制备管操作装置22将完成的三件管支架从制备开口21中升起，此后将完成的支架转移到储存管操作装置29上(图17)，所述储存管操作装置29可以将支架移动到储存支架的储存区26或27的其中之一上，或者直接移动到钻井开口18上，用于“即时”支架组合操作，在该处将支架转移到钻井绞车12上。应该理解，油井套管部分和其它管部分如钻铤部分的支架可以被如上所述地装配，这些支架也可以在制备开口处用相反的操作工序分成若干单管部分。 

尽管上面制备开口被描述为包括卡瓦，但应该理解，可以用任何将管子夹持在制备开口内的合适机构。例如，制备开口可以包括带固定的或可调节的底部的管套，因而在钻台水平处省去了对卡瓦的需要。 

各井底组件也可以用与上述类似的方式放在一起，但是在90′(约30m)组件中的部件总数可以不同。例如，制造井底组件的过程通常是从钻头开始，所述钻头被引入并放在制备开口顶部上的所谓钻头装卸器中，钻头装卸器后面是管子的所谓的BHA(底部钻具组合)部分，BHA部分被引入并悬挂在装载和制备管操作装置中，使得下端与钻头(未示出)接触。两个部件通过旋转和扭转装置48连接，然后被从钻头装卸器提升出来。钻头装卸器被拆掉，互连的两个部件被下放到制备开口中，并固定在卡瓦中。从这点开始，支架用与钻铤部分、钻管部分等的其它支架相同的方式完成。制得的支架可以输送到一个储存区中，供以后使用。 

另外，尽管在整个说明书中一般用术语接头和管子，但应该理解，在按照本发明所述的方法和设备中所用的接头或管体可以包括钻管单体、油井套管单体、钻铤、稳定器、找中器、刮管器、钻头和其它钻柱或钻井套管部件以及生产管部分。通过使用按照本发明所述的设备和方法，这些管体可以装配成管段，如钻柱和油井套管支架(通常是两件管或三件管)、井底组件或井底组件部件、测井组件等。 

尽管上面只说明了整个支架的装载和制备，但应该理解，与这个活动同时的其它钻井活动也可能发生，如图19-26所示。在上述支架组合操作工序期间储存管操作装置29处于不使用的任何点处，制成的支架50或其它的井底组件可从储存区26或27中的一个(图19)输送到钻井绞车12(图20)，该井底组件可以悬挂在上述钻井绞车12上，然后被下放到钻井开口18(图21)中。如上所述，当实际钻井操作进行时，另一些钻柱支架50可以用通过如上所述的V形门25供给的单管46或钻管部分制出。这些制出的钻柱支架50可被输送到储存区26或27或者输送到钻井开口18。 

图22-26示出系统的整个操作。在图22中，在将钻柱支架50加 到钻柱的上端之后就继续进行钻井操作，这意味着顶部驱动单元15处于它的上部位置。同时，在制备开口21处制备另一个钻柱支架50，管子部分46a已被卡瓦固定在上述制备开口21中，而另一个管子部分46b刚通过V形门25引入，如通过装载和制备管操作装置22的第二臂沿着管子斜坡向上引入。 

在图23中，钻井操作处于进行中，并且顶部驱动单元15已向下移动一定距离。正好在制备开口21处完成另一个钻柱50的制备，并且制得的支架已被储存管操作装置29夹紧，所述储存管操作装置29将钻柱50输送到储存区26或27的中的一个上。 

在一定时间周期之后，钻柱19深入地下这样的距离，以使顶部驱动单元15到达它的下面位置，如图24所示，并且钻井操作必须停止，用于加入另一个钻柱支架50。因此，顶部驱动单元15与钻柱19的上端分开，并且支承顶部驱动单元15的托架16移动到图25中所示的收回位置，因而顶部移动单元移向左侧而没有与钻井开口18对准。(应该注意，尽管本发明书中论述了顶部驱动模块收回系统，但这种系统在本发明的实际操作中不是必需的，可以用任何合适的顶部驱动装置。)当顶部驱动单元15向上移动时，钻柱支架50在储存区26和27中的一个处被储存管操作装置29夹紧，并移动到一位置，在所述位置中支架50位于钻柱19的正上方，并与钻柱19对准，如图26所示。此后，支架50可以通过管子扭转装置48连接到钻柱19上。当顶部驱动单元15到达它的上部位置时，托架16返回到它的正常的延伸位置，并且顶部驱动单元可以再次与新安装的支架50的上端驱动接合，此后钻井操作可以继续进行。 

尽管本说明书已对单臂式装载和制备管操作装备进行了论述，但应该理解，对于上述脱机支架组合活动，可以利用多臂装置的增加能力。 

在经过一定的钻井周期之后，井底组件必须更换，这意味着钻柱19必须断开。然后用与上述过程相反的过程将钻柱分开成若干钻柱支架50，并将各钻井支架储藏在储存区26和27中。如上所述，新的井 底组件可以用上述方式在制备开口21处事先制备好，并可以在储存区26和27中的一个处做好准备。 

应该理解，油井套管支架和其它部件如测井组件，也可以与上述用于井底组件部分和钻柱支架的那些类似的工序在制备开口处制备。因此，按照本发明所述的方法能减少在操作钻机时的停车时间，因而可以得到实质性的节约。 

因此，尽管本文已说明了具体的实施例，但可以预料，该技术的技术人员可以并将设计可供选择的脱机支架组合系统和方法，上述系统和方法无论是在字面上还是在等同原则下都是在后面权利要求书的范围内。 

Claims (39)

1.一种用于在钻井现场装卸管体部分的系统，包括：

钻井平台，其具有从其向上延伸的井架，所述钻井平台和井架限定了钻井区；

第一绞车，其连接到井架的上部上，用于使管体通过限定在钻井平台中的钻井开口；

至少一个储存区，其被布置在钻井区内，用于储藏许多管段，每个管段都包括至少两个可拆卸地互连地管体部分；

至少一个制备开口，其在与钻井开口和与至少一个储存区间隔开的位置处延伸穿过钻井平台；

扭转工具，其在至少一个制备开口处使各管体可旋转地互连；

第一管操作装置，其用于将各管体从钻井区外部输送到至少一个制备开口，所述第一管操作装置具有至少两个分开的夹紧装置，用于同时独立地夹紧分开的管子；以及

第二管操作装置，其在至少一个制备开口、至少一个储存区和第一绞车之间输送管段。

2.按照权利要求1所述的系统，其中第一管操作装置包括在轴向上可旋转的竖直支柱，所述竖直支柱具有至少两个夹紧臂，用于夹紧固定在其上的管体。

3.按照权利要求2所述的系统，其中至少两个分开的夹紧装置还设计成用来竖直地升起管体。

4.按照权利要求2所述的系统，其中至少两个分开的夹紧装置还包括绞车，所述绞车能在钻井区外部将每个夹紧装置下放到外部管子储存区。

5.按照权利要求2所述的系统，其中所述至少两个分开的夹紧装置中的每个都包括至少两个布置在支柱上的竖直对准的夹紧臂。

6.按照权利要求1所述的系统，其中所述至少两个分开的夹紧装置可从第一管操作装置的轴向中心径向向外延伸。

7.按照权利要求1所述的系统，其中第二管操作装置包括夹紧臂，所述夹紧臂靠近至少一个储存区设置，其中夹紧臂可绕一竖直轴线旋转并可侧向延伸。

8.按照权利要求1所述的系统，其中扭转工具是铁钻工。

9.按照权利要求1所述的系统，其中扭转工具可绕一竖直轴线旋转并可侧向延伸，因此扭转工具能在至少一个制备开口和钻井开口处接合管体。

10.按照权利要求1所述的系统，其中至少一个储存区设置在钻井开口和制备开口之间。

11.按照权利要求1所述的系统，其中至少两个分开的储存区，其中第二管操作装置设置在至少两个储存区之间。

12.按照权利要求1所述的系统，还包括管子斜坡，所述管子斜坡用于将管体从钻井区外部的储存区输送到钻井平台，其中第一管操作装置向延伸外越过管子斜坡。

13.按照权利要求1所述的系统，其中井架限定第一进出开口，第一管操作装置可以从钻井区外部穿过所述第一进出开口夹紧管体。

14.一种用于在钻井现场处操纵管体部分的方法，包括：

提供管子操作系统，所述操作系统包括：

钻井平台，其具有由从其向上延伸的井架，所述钻井平台和井架限定了钻井区，

第一绞车，其连接到井架的上部上，用于使管体通过限定在钻井平台中的钻井开口，

至少一个储存区，其被布置在钻井区内，用于储藏多个管段，每个管段都包括至少两个可拆卸地互连的管体，

至少一个制备开口，其在与钻井开口和与至少一个储存区间隔开的位置处延伸穿过钻井平台，

扭转工具，其用于在至少一个制备开口处使管体可旋转地互连，以便形成管段，

第一管操作装置，其具有至少两个单独的夹紧装置，用于同时单独地夹紧单独的管子，将管体从钻井区外部输送到至少一个制备开口，以及

第二管操作装置，其用于在至少一个制备开口、至少一个储存区和第一绞车之间输送管段；

通过第一管操作装置的至少两个单独的夹紧装置将多个管体从钻井区的外部输送到至少一个制备开口处于基本上竖直的位置；

通过用扭转工具将多个管体可拆卸地互连形成管段，同时将其中一个管体延伸穿过制备开口，另一个管体由第一管操作装置的至少两个单独的夹紧装置中的一个悬挂，通过所述第一管操作装置将制得的管段从制备开口中拉出；

通过所述第二管操作装置将制得的管段输送到至少一个储存区处于基本上竖直的位置；

通过所述第二管操作装置将管段从储存区输送到钻井开口处于基本上竖直的位置；以及

用扭转工具将上述管段可拆卸地连接到悬挂在钻井开口内的钻柱的上端，以便形成完成的钻井支架，随后通过所述第一绞车下放钻柱穿过钻井开口。

15.按照权利要求14所述的方法，其中所述管段包括3个管体，所述管段通过用第一管操作装置的第一夹紧装置将第一管体布置在制备开口中而形成，使得其大部分在钻井平台下方延伸，该方法包括下述步骤：

用第一管操作装置的第一夹紧装置将第二管体保持在第一管体的上端上，并用扭转工具将两个管体连接，以形成双管；

用第一管操作装置的第一夹紧装置将双管升起并旋转出制备开口；

用第一管操作装置的第二夹紧装置将第三管体布置在制备开口中，使得其大部分在钻井平台下方延伸；

此后用第一管操作装置的第一夹紧装置将双管保持在互连的第一和第二管体的上端上，并用扭转工具将第三管体连接到互连的第一和第二管体上。

16.按照权利要求14所述的方法，其中所述管段包括3个管体，所述管段由包括下述步骤的方法形成：

用第一管操作装置的第一夹紧装置将第一管段部分布置在第一制备开口中，使得其大部分在钻台或钻井平台的下方延伸，

用第一管操作装置的第一夹紧装置或第二夹紧装置将第二管体布置在靠近第一制备开口的第二制备开口中，使得其大部分在钻井平台下方延伸，

用第一管操作装置的第二夹紧装置将第三管体保持在第二管体的上端上，并用扭转工具将两个管体连接起来；以及

此后用第一管操作装置的第一或第二夹紧装置中的一个将互连的第二和第三管体保持在第一管体的上端上，并用扭转工具将互连的第二和第三管体连接到第一管体上。

17.按照权利要求14所述的方法，其中所述管段包括3个管体，所述管段通过第一管操作装置的第一夹紧装置将第一管体布置在制备开口中，使得其大部分在钻井平台下方延伸形成，该方法包括下述步骤：

用第一管操作装置的第二夹紧装置将第二管体保持在第一管体的上端上，并用扭转工具将两个管体连接，以形成双管；

用第一管操作装置的第一夹紧装置将双管升起并旋转出制备开口；

用第一管操作装置的第二夹紧装置将第三管体布置在制备开口中，使得其大部分在钻井平台下方延伸；

此后用第一管操作装置的第一夹紧装置将双管保持在互连的第一和第二管体的上端上，并用扭转装置将第三管体连接到互连的第一和第二管体上。

18.按照权利要求14所述的方法，还包括下述步骤：

用扭转工具在钻井开口处将管段与钻柱的上端分开，而随后将钻柱穿过钻井开口向上拉，以及

通过第二管操作装置将分开的管段从钻井开口输送到储存区处于基本上竖直的位置。

19.按照权利要求14所述的方法，还包括下述步骤：

通过上述第二管操作装置将管段从储存区输送到第一管操作装置处于基本上竖直的位置，

通过第一管操作装置的至少两个夹紧装置中的一个将每个管段下放穿过至少一个制备开口，

使管段保持在至少一个制备开口中，

随后用扭转工具在钻井平台的上表面上将相邻的管体之间的互连松开，以及

通过第一管操作装置的至少两个夹紧装置中的至少两个从制备开口输送松开的管体。

20.按照权利要求14所述的方法，其中管体是钻柱。

21.按照权利要求14所述的方法，其中管段包括井底组件部分。

22.按照权利要求14所述的方法，其中管体是油井套管。

23.按照权利要求14所述的方法，其中管体是生产管。

24.按照权利要求14所述的方法，其中每个所述管段的轴向尺寸基本上与井架的内部自由高度相对应。

25.按照权利要求14所述的方法，其中第一管操作装置包括轴向可旋转的竖直支柱，所述竖直支柱其上具有至少两个夹紧装置，用于夹紧固定于其上的管体。

26.按照权利要求25所述的方法，其中至少两个夹紧装置进一步被设计用来竖直地提升管体。

27.按照权利要求25所述的方法，其中至少两个夹紧装置中的每个还包括绞车，所述绞车能将夹紧装置从钻井区外部下放到管子储存区。

28.按照权利要求25所述的方法，其中至少两个夹紧装置中的每个可绕竖直支柱单独地旋转。

29.按照权利要求25所述的方法，其中每个所述夹紧装置包括至少两个布置在支柱上的竖直对准的夹紧装置。

30.按照权利要求25所述的方法，其中每个所述夹紧装置可从第一管操作装置的轴向中心径向向外延伸。

31.按照权利要求25所述的方法，其中每个所述夹紧装置能同时在钻井区外部下放到外部管子储存区。

32.按照权利要求14所述的方法，其中第二管操作装置包括夹紧臂，所述夹紧臂靠近至少一个储存区设置，其中夹紧臂可绕一竖直轴线旋转并可侧向延伸。

33.按照权利要求14所述的方法，其中扭转工具是铁钻工。

34.按照权利要求14所述的方法，其中扭转工具可绕一竖直轴线旋转并可侧向延伸，因此扭转工具能在至少一个制备开口和钻井开口处接合管体。

35.按照权利要求14所述的方法，其中至少一个储存区设置在钻井开口和制备开口之间。

36.按照权利要求14所述的方法，包括至少两个单独的储存区，其中第二管操作装置设置在所述至少两个储存区之间。

37.按照权利要求14所述的方法，还包括第三管操作装置，用于将管体从钻井区外部的储存区输送到所述第一管操作装置。

38.按照权利要求14所述的方法，还包括管子斜坡，用于将管体从钻井区外部的储存区输送到钻井平台，其中第一管操作装置在管子斜坡上方向外延伸。

39.按照权利要求14所述的方法，其中井架限定了第一进出开口，第一管操作装置可以穿过所述进出开口从钻井区外部夹紧管体。

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