[发明专利]径向夹持/密封系统和设有其的钻进系统，包括此种系统的钻机，和用于其的方法

说明书

本发明涉及用于连续和/或半连续钻进钻孔的系统和相关联的方法，包括：‑第一固定的壳体；‑可旋转的壳体，其包括用于接纳钻柱的纵向开口；以及‑径向夹持系统，其配置成用于相对于可旋转的壳体在大体上径向的方向保持和夹持钻柱的内螺纹端；‑第一直接密封系统，其在使用中布置在钻管和可旋转的壳体之间；‑第二间接密封系统，其在使用中布置在可旋转的壳体和固定的壳体之间；‑机械的和/或液压的传动装置，其配置成用于径向地激活径向夹持系统；以及‑第一驱动器，其配置成用于使可旋转的壳体与钻柱一起旋转。

本发明涉及用于钻进系统的径向夹持/密封系统，该钻进系统用于(半) 连续的钻进钻孔。这样的钻进系统在与海上或陆上的油和气生产有关的勘探钻进和生产钻进中使用。

常规的钻进系统以方钻杆驱动(Kelly-drive)旋转方法为基础。该方法在实践中被良好地接受。在该方法中钻机的顶部连接至悬挂在动滑轮中的转环。该动滑轮通过钢缆悬挂至在所谓的井架的顶部处的定滑轮。提升系统用于升高和下降钻柱并且用于在钻进期间改变钻头上的重量。钻井液经过鹅颈管进入转环。在转环的下部分中的轴承允许方钻杆和钻柱旋转，同时转环的另一个部分保持固定。所谓的方钻杆节段设置在钻柱的顶部和转环之间。方钻杆的外表面用于把转矩施加到钻柱上并且可以具有各种形状，包括正方形和六边形的形状。方钻杆节段能够竖直地移动穿过匹配的衬套，衬套把旋转功率传输至方钻杆。该衬套被锁定入被液压地或电气地供能的回转台中。当需要新的钻管或钻管段时，方钻杆需要从钻柱分离连接并且必须连接至新的节段，在这之后该新的管段连接至钻柱。因此，由螺纹连接部连接至钻柱的顶部的方钻杆执行用于钻进操作的全部所需要的功能。这种断开连接和再连接在现场需要另外的劳动并且导致操作的停顿。

另一个常规的系统使用顶部驱动器旋转钻进方法。在该方法中顶部驱动器由螺纹连接部/套管轴连接至钻柱的顶部。顶部驱动器用于旋转，施加转矩和吊起钻柱。此外，钻井液可以注射入到钻柱中。在需要新的管段的情况下顶部驱动器需要被断开连接，并且作为下一个步骤，需要被连接至新的管段。在把新的管段连接至钻柱之后，可以继续钻进操作。

除了与在现场需要另外的劳动和在新的管段的连接期间操作的停顿相关联的问题之外，在这样的停顿期间可能发生其它的问题。例如，钻柱由于停顿可能在钻孔中卡住。此外，在新的管段的连接期间钻井液的中断限制了对井下压力和掉落的岩屑的控制。例如，这些问题限制了能够被勘探油和气的岩层的区域和类型。

WO 2011/093716公开了使用连续的工具旋转和连续的流体供应用于钻进的装置和方法。该发明包括顶部驱动的钻孔机和布置在顶部驱动的钻进机和钻孔之间的第二钻孔机。该第二钻孔机沿着导轨是竖直地可运动的并且包括能够承担钻柱的重量的转台以及用于钻柱的连续旋转的旋转驱动单元。流体室由直接地把钻管与固定的第二钻进壳体密封在一起的压力密封件密封。由于钻井液压力、钻管表面的粗糙度和钻管段相对于管密封至其上的固定的壳体在径向和轴向方向的相对运动，密封腐蚀和寿命是挑战性的。此外，该文献描述了多边形的驱动管段的使用以用于执行把转矩施加至钻柱的功能，这需要非标准的钻管段。

US 2739790描述了旋转油井钻进设备。其由驱动的可旋转的壳体组成，驱动的可旋转的壳体放置在固定的壳体中。在可旋转的壳体中夹持系统能够夹持钻柱，使得其相对于可旋转的壳体在径向方向被固定。该装置能够联接和脱离钻管段，然而，流体注射必须使用另外的装置来完成。该设备不适合使用流体注射的连续的钻进。

WO 99/51852描述了放置在海床上的井口处的水下分流器和旋转钻头的发明。该发明使用了在分流器壳体组件的顶部上在漏斗形校直承口中的安装期间下降的上壳体。在操作期间钻柱竖直地移动穿过主要的密封系统和辅助的密封系统二者，从而导致密封腐蚀。该设备不能够吊起钻柱或不能够联接和/或脱离钻管段。

US5178215公开了旋转防喷器，其适合于与方钻杆和高架驱动机构二者一起使用，高架驱动机构具有带有环形的密封系统的可旋转的壳体，环形的密封系统设计成用于以使得钻管的竖直运动在操作期间保持可能的方式把钻管与可旋转的壳体一起密封。该防喷器不适合于吊起钻柱或不适合于联接和/或脱离钻管段。