[发明专利]高效钻探及起钻系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年6月10日提交的美国专利申请No.62/173580以及于2015年8月14日提交的美国专利申请No.62/205594的优先权，上述两项申请为了所有目的通过参引并入本文。为了美国的目的，本申请要求于2015年6月10日提交的美国专利申请No.62/173580以及于2015年8月14日提交的美国专利申请No.62/205594的权益。

技术领域

本发明涉及地下钻探。示例应用是用于石油和/或天然气的钻探。本申请涉及用于处理管柱(例如钻柱部段、壳体等)的设备和方法。

背景技术

地下钻探使用由一系列彼此端部对端部地连接的部段构成的钻柱。纵向联接以形成钻柱的部段可以被称为包括“钻柱部段”、“接头”、“管件”、“钻杆”或“钻铤”各种名称。最常见的，这些部段各自具有销端和盒端，销端和盒端具有拧在一起的互补螺纹，这些螺纹通常是API标准螺纹。

在钻井时，钻柱的井下端设置有钻头。钻头钻出直径比钻柱的直径略大的钻孔，使得在钻孔中存在围绕钻柱的环面。随着钻探的进行，钻探流体被向下泵送穿过钻柱到达钻头，钻探流体在钻头处离开并且通过环面返回地面。钻探流体用于抵消井下压力并保持井筒敞开。钻探流体还将岩石和其他钻屑运送到地面。随着钻探的进行和井筒深度的增大，在钻柱的井上端添加新的钻柱段。

钻柱的第一(最远的井底)部段通常由重钻铤构成，该钻铤通过其重量向钻头施加压力。钻柱的该部分通常被称为井底组件或“BHA”。在BHA上方，钻柱部段的重量可以较轻。

通常使用钻机完成钻探。钻机包括用于使钻柱旋转的设备。在一些情况下，该设备包括旋转台。在其他情况下，该设备包括顶部驱动器。无论哪种情况，在钻机处，随着钻探的进行，新的部段被添加到钻柱的顶部。这是通过使用钻机上的器具完成的。添加新的部段通常包括支承钻柱、将钻柱的顶端与支承它的钻杆(kelly)或顶部驱动器分离，将新的部段联接至钻柱的顶端，将新的部段的井上端连接至钻杆或顶部驱动器，并继续钻探。通常，当新的部段被添加到钻柱中时，钻柱的重量由钻机底板上的滑动件承载。

随着钻探的进行，通常需要定期地从井筒中取回钻柱。例如，如果钻头磨损，则可能需要取回钻柱以更换钻头。在某些井下器具需要被取回到地面以进行维修的情况下，也可能需要取回钻柱。将钻柱带回到地面并将钻柱放回到部分完成的井筒的过程称为“起钻”。由于井筒可能有数千英尺深，所以可能需要很长时间完成起钻。操作钻机非常昂贵。因此，起钻可能导致较高的成本。

已经提出了一些系统使起钻柱更高效。这些包括US 8844616和US 20140124218。这些系统具有各种缺点。需要这些系统的实用替代品。

存在对于提高地下钻探效率的方法的普遍需求。特别地，需要减小起钻柱所需的时间。

发明内容

本发明具有许多方面。虽然这些方面可以以各种彼此组合的方式来实践，但是这些方面中的一些方面可以单独应用。作为非限制性示例，本文描述的一些方面包括：

·用于起钻柱的方法(下钻以及/或者起钻)；

·用于地下钻探的方法。

·用于起钻柱的设备。

·用于地下钻探的设备。

·用于支承钻柱或钻柱段的方法。

·用于支承钻柱或钻柱段的升降机。

·用于支承顶部驱动器的设备。

·使用顶部驱动器的方法。

·用于支承钻机中的设备的十字头。

·用于在起钻柱时收集钻探流体的方法。

·用于在起钻柱时收集钻探流体的设备。

·用于通过链支承载荷的设备。

·向移动单元供给动力的方法。

·向移动单元供给动力的设备。

·用于在钻探环境中将器具(例如顶部驱动器、泥罐等)输送至井的中心的设备。

·用于将器具(如顶部驱动器、泥罐等)输送到井的中心的方法。