[发明专利]顶部驱动设备和用于夹持管状物的方法

说明书

本申请是名称为“顶部驱动设备和用于夹持管状物的方法”、国际申请日为2007年11月15日、国际申请号为PCT/GB2007/050691、国家申请号为200780049969.6的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种顶部驱动设备、一种用于夹持管状物的方法和一种便于从顶部驱动器的主轴上移除器件的方法。

背景技术

在油或气井或地热井或淡水井等的构造中钻井孔时，钻头安放在钻柱端部上，钻柱被旋转以穿过地层钻出井孔。

用于钻井孔（比如油或气井）的顶部驱动设备是两种用于钻井孔的普通型设备中的一种，另一种是转盘设备。

具有转盘的钻机一般包括在顶部带有天车的支承井架结构。游动滑车通过由绞车供应的钢丝绳可动地从天车上悬挂下来。吊钩或滑车适配器可从提环上的游动滑车上悬挂下来。方钻杆通过吊钩悬挂在游动滑车上。方钻杆的下端部固定到钻柱上。钻柱的下端部具有承载钻头的底部钻具组合。钻柱和钻头被放置在正在钻进并且从地面向下延伸的井孔内。方钻杆通过转盘在井孔内旋转。

顶部驱动设备一般包括容纳马达的主体，该马达用于使驱动轴旋转，该驱动轴具有可与管状物单根、管状物立根或管状物柱连接的接头。这些管状物可以是下述管中的任一种：钻杆、套管、衬套、附加管（premium tubular）或任何其它用于井孔（比如油和气井）的构建、维护和修理的管状物。顶部驱动设备通常被安放在钻机井架上的基本竖直的轨道上。顶部驱动设备利用越过游动滑车上的天车的绳索在轨道上被升高和降低，该游动滑车经由吊钩或滑车适配器连接至顶部驱动设备，吊钩或滑轮适配器可从提环上的游动滑车上悬挂下来。该绳索利用通常称为绞车的绞盘被卷起和放开。顶部驱动设备因而可被用于使管状物进入和移出井孔；使钻柱旋转以便于钻出井孔；以及使管状物单根或立根相对于悬持在井孔中的管状物柱旋转，以使管状物与钻柱中的管状物柱螺纹连接或分离，从而加长或缩短管状物柱。顶部驱动器具有连接杆适配器，一对连接杆从连接杆适配器悬挂下来。吊卡从附接至顶部驱动器的连接杆悬挂下来，从而便于操纵管状物和使与管状物与接头对准，用于对其进行连接和分离。顶部驱动设备还可用于与被动或主动卡盘和/或与旋转钳结合，从而便于管状物与管状物柱的连接和分离。

重要的是能够控制井孔相对于地层的压力。在某些情况下，司钻可能认为需要欠平衡钻井，其中施加于暴露在井孔中的地层上的压力低于地层的内部流体压力。因而，如果存在充分的多孔性和渗透性，则地层流体会进入井孔。在接近欠平衡条件时，钻速通常增加。但是，司钻可能认为需要过平衡钻井，其中井孔中的压力值超过地层中的流体压力。需要额外的压力以防止储层流体（油、气或水）进入井孔。但是，过度的过平衡会由于有效地加固靠近井孔的岩石和限制从钻头下排出的钻屑而显著地减慢钻井进程。另外，高的过平衡压力与差的钻井泥浆特性相结合会导致压差卡钻问题。因为储层压力从一个地层到另一个地层是变化的，而钻井泥浆的密度相对恒定，所以过平衡从一个产层到另一个产层是变化的。司钻能够通过改变钻井泥浆的密度而使钻井条件从欠平衡改变成过平衡，钻井泥浆密度的改变通过利用增重剂增加或减小钻井泥浆的密度来实现。

如果井中的压力未得到适当的控制，则不会使钻速最大化。在最差的情形中，井可能会由于井孔中压力的不足而崩塌。在钻经特殊类型的地层时更可能发生这种情况。

过去，在钻柱的单根和立根连接或分离过程中停止钻井流体的循环。注入阀或泥浆保护阀用于在该连接或分离过程中保持钻柱中的压力。但是，每次都不得不连接和分离阀。因此，存在不连续循环，尽管在井中基本上维持了压力，但压力变化的脉动还是很显著的。

通常优选的是，维持钻屑悬浮在钻井流体中以便于使它们从钻头移走并且防止它们回落到井孔中。钻井泥浆循环的停止会导致钻屑下沉。为了遏制这一点，在许多现有技术的系统中尝试额外的流体加重，通常是增加流体的粘性。这导致在地面处需要更大的泵送动力以使更稠的流体运动；但是泵送力的这种增加会导致井底的过压，这样会导致井下地层毁坏或流体损失。