在鉆井作業(yè)期間使鉆井液連續(xù)循環(huán)的裝置制造方法
【專利摘要】描述了一種循環(huán)單元(3)，其用于被設(shè)置為在鉆井期間連續(xù)循環(huán)鉆井液的裝置，其中，外殼(31)設(shè)有中心孔(313)，該中心孔被可旋轉(zhuǎn)地支撐在外殼(31)中的上環(huán)形密封元件和下環(huán)形密封元件(32、32’)限定；密封元件(32、32’)設(shè)有中心開口(321)，該中心開口能通過密封元件(32、32’)的擴(kuò)張關(guān)閉，或緊密配合于管(5、51、51’、431)；閘閥(34)，在閉合狀態(tài)，在外殼(31)中的上部室和下部室(311、312)之間形成流體密封隔離，其中每個密封元件(32、32’)以流體密封的方式連接到可旋轉(zhuǎn)的封隔管(331)，該可旋轉(zhuǎn)的封隔管被與封隔管(331)的周邊及外殼(31)緊密配合的封隔器組件(33和33’，分別地)圍繞。還描述了一種在連續(xù)鉆井期間使鉆井液連續(xù)循環(huán)的裝置，其包括被設(shè)置在上旋轉(zhuǎn)單元和下旋轉(zhuǎn)單元(2、2’)之間的循環(huán)單元(3)。
【專利說明】在鉆井作業(yè)期間使鉆井液連續(xù)循環(huán)的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]描述了一種循環(huán)單元以及一種在連續(xù)鉆井期間使鉆井液連續(xù)循環(huán)的裝置，其中，循環(huán)單元被設(shè)置在上旋轉(zhuǎn)單元和下旋轉(zhuǎn)單元之間，循環(huán)單元和旋轉(zhuǎn)單元可沿著導(dǎo)軌豎直位移。

【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，在油氣鉆探工業(yè)中，當(dāng)鉆柱延伸時，需采取措施以使鉆井液在井眼中維持循環(huán)。NO 326427公開了一種系統(tǒng)，其中，帶有中空驅(qū)動軸的頂部驅(qū)動鉆井機(jī)與設(shè)有圍繞管的密封件的流槽室協(xié)作，當(dāng)連續(xù)的鉆柱連接到鉆井機(jī)時，鉆井液經(jīng)由第一流體入口被交替地引導(dǎo)通過驅(qū)動軸，并當(dāng)管柱的上端被設(shè)置在流槽室中且將要被連接到新管段時，經(jīng)由第二流體入口通過流槽室。
[0003]根據(jù)NO 326427的現(xiàn)有技術(shù)的缺點是，當(dāng)管柱將要延伸時，管柱旋轉(zhuǎn)就停止。眾所周知，在該工業(yè)內(nèi)，為了降低管柱卡住的風(fēng)險，并為了提高生產(chǎn)率(例如在鉆柱延伸時通過不使實際鉆井作業(yè)停止來增大鉆井能力)，維持管柱的旋轉(zhuǎn)是有利的。
[0004]從NO 20100123中已知一種裝置，其中，在第一頂部驅(qū)動鉆井機(jī)和井眼之間設(shè)置第二鉆井機(jī)，該第二鉆井機(jī)設(shè)有:旋轉(zhuǎn)臺，設(shè)置為承擔(dān)管柱的重量；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元，設(shè)置為連續(xù)地旋轉(zhuǎn)管柱；以及流體室，設(shè)置為以流體連通的方式使管柱的端部連接到鉆井液系統(tǒng)，該流體室設(shè)有管柱端口，該管柱端口包括設(shè)置為流體密封地關(guān)閉管柱端口的工具，并且第二鉆井機(jī)還設(shè)有動力鉗，該動力鉗被設(shè)置為使元件與管柱連接/解除，動力鉗被設(shè)置在流體室中。該裝置的缺點是，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元直接聯(lián)接到流體室(流槽室)且動力鉗被包圍在流體室內(nèi)。這里，正被處理的動力鉗與相關(guān)管尺寸的調(diào)整必須介入流體室來進(jìn)行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是彌補(bǔ)或減少現(xiàn)有技術(shù)的至少一個缺陷，或至少提供一種現(xiàn)有技術(shù)的有益的替代。
[0006]該目的是通過下面的說明書及隨附的權(quán)利要求書明確說明的特征來實現(xiàn)。
[0007]在下文中，術(shù)語“鉆柱”用作所有類型的管柱的總稱，這些管柱通過端部的旋轉(zhuǎn)借助合適的鉆頭元件磨碎地下材料而形成進(jìn)入地下的井眼，并且使攜帶磨碎的地下材料的進(jìn)入鉆井液借助到地表的回流而運出井眼。
[0008]除非明確提出，術(shù)語“管”在下文中用作單獨的管、由若干單獨的管組成的管段以及通過聯(lián)結(jié)若干能夠螺接在一起的單獨的管或若干管段而建造的管柱的總稱。“管”也可包括所謂的保護(hù)接頭，該保護(hù)接頭用作管柱和旋轉(zhuǎn)單元之間的連接器，可能適用于將鉆井液供應(yīng)到管柱。
[0009]提供被設(shè)置為通過管柱的開放上端供應(yīng)鉆井液的循環(huán)單元。循環(huán)單元由帶有中心孔的外殼形成，該中心孔穿過外殼延伸。在外殼的任一端設(shè)置可旋轉(zhuǎn)地支撐的密封兀件，其被設(shè)置為在管部周圍緊密配合。每個可旋轉(zhuǎn)密封元件被設(shè)置為當(dāng)管延伸穿過密封元件時并當(dāng)密封元件未圍繞管時，例如通過從相關(guān)聯(lián)的壓力供應(yīng)單元施加到密封元件的內(nèi)部液壓壓力來關(guān)閉中心孔的各端。封隔管設(shè)置在密封元件內(nèi)(也就是在外殼的內(nèi)部的方向)并以流體密封的方式連接到密封元件的端面，該封隔管被貼靠封隔管的一部分周邊并在室、軸承以及密封元件的外周邊之間形成密封隔離的封隔器組件圍繞。鉆井液從而被阻止進(jìn)入密封元件周圍的壓力流體供應(yīng)通道并與壓力流體(優(yōu)選地也被用作密封元件的軸承的潤滑劑)混合。封隔器組件是在封隔管旋轉(zhuǎn)且鉆井液在高壓下時也維持密封功能的典型地所謂的沖管密封件。封隔管上的鄰接表面典型地具有非常光滑的表面，使得封隔器組件可長期承受與旋轉(zhuǎn)的封隔管的鄰接而不受到磨損。
[0010]外殼借助閘閥被分成兩個室，閘閥被設(shè)置為在打開位置形成在所述兩室之間形成連接的中心開口，而在閉合位置則形成所述室之間的流體密封隔離。閘閥可典型地為球閥，該球閥的旋轉(zhuǎn)軸線垂直于循環(huán)單元的中心軸線。
[0011 ] 兩個室中的每個室設(shè)有流體端口，該流體端口經(jīng)由第一鉆井液線路和第二鉆井液線路以及相關(guān)的閥系統(tǒng)而連接到鉆井液系統(tǒng)，從而允許鉆井液被引導(dǎo)到各室中，還可能排空室。
[0012]連接到所述鉆井液系統(tǒng)和閥系統(tǒng)的第三鉆井液線路連接到保護(hù)接頭，該保護(hù)接頭被設(shè)置為連接到管的上端，從而允許鉆井液被引導(dǎo)到管中。保護(hù)接頭可相對于第三鉆井液線路旋轉(zhuǎn)。保護(hù)接頭至少設(shè)有上部，上部適合作為(與使管連接單元接合管/從管中脫離管連接單元相關(guān)聯(lián)的)鉗的鄰接部。
[0013]在專業(yè)領(lǐng)域，循環(huán)單元也被稱為連續(xù)鉆井循環(huán)單元(⑶U)。
[0014]還提供一種用于在鉆柱的連續(xù)旋轉(zhuǎn)期間使鉆井液連續(xù)循環(huán)的裝置。在操作位置，根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)單元被設(shè)置為其中心軸為與鉆井中心軸線一致，并被設(shè)置在第一旋轉(zhuǎn)單元與第二旋轉(zhuǎn)單元之間。借助驅(qū)動器，循環(huán)單元和兩個旋轉(zhuǎn)單元可沿著適合于其的導(dǎo)軌豎直移動。循環(huán)單元和至少一個旋轉(zhuǎn)單元可獨立于彼此豎直地移動。
[0015]每個旋轉(zhuǎn)單元典型地包括可旋轉(zhuǎn)鉗，這種可旋轉(zhuǎn)鉗可抓握管部周圍并保持其固定；掛脫(hanging-off)裝置，典型地為一種公知的被設(shè)置為貼靠管套筒等的面向下的肩部的卡瓦裝置(slips arrangement)的形式；以及旋轉(zhuǎn)軸承，其被設(shè)置為支撐鉗和/或掛脫裝置?？尚D(zhuǎn)鉗設(shè)有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的鉆井液連續(xù)循環(huán)且鉆柱連續(xù)旋轉(zhuǎn)的鉆井作業(yè)可典型地以下列方式執(zhí)行:
[0017]1.在鉆井順序的第一階段，發(fā)生如下:
[0018]a)鉆柱的上端通過循環(huán)單元突出。第三鉆井液線路經(jīng)由保護(hù)接頭連接到鉆柱的上端。
[0019]b)鉆井液經(jīng)由保護(hù)接頭被供應(yīng)到鉆柱的中心孔。
[0020]c)鉆柱被上旋轉(zhuǎn)單元保持旋轉(zhuǎn)。
[0021]d)上密封元件和下密封元件打開，且鉆柱相對于循環(huán)單元自由地移動。
[0022]e)上旋轉(zhuǎn)單元和鉆柱根據(jù)所獲得的穿透速度向下移動。
[0023]2.在鉆井順序的第二階段，發(fā)生如下:
[0024]a)循環(huán)單元和下旋轉(zhuǎn)單元朝向上旋轉(zhuǎn)單元向上移動。
[0025]b)鉆柱的上端和保護(hù)接頭的下部移動到循環(huán)單元中，使得鉆柱的上端在下部室中。
[0026]c)鉆柱被接管鉆柱旋轉(zhuǎn)的下旋轉(zhuǎn)單元抓握。保護(hù)接頭在上旋轉(zhuǎn)單元中保持掛脫。密封元件在旋轉(zhuǎn)的鉆柱和保護(hù)接頭周圍分別關(guān)閉。
[0027]d)鉆井液通過下流體端口被供應(yīng)到下部室。當(dāng)下旋轉(zhuǎn)單元旋轉(zhuǎn)鉆柱時，保護(hù)接頭通過保持保護(hù)接頭返回的上旋轉(zhuǎn)單元與鉆柱分離。保護(hù)接頭被拉出下部室，閘閥被關(guān)閉，停止通過保護(hù)接頭供應(yīng)鉆井液。
[0028]e)上密封元件打開，保護(hù)接頭被拉出循環(huán)單元。
[0029]f)鉆井作業(yè)通過下旋轉(zhuǎn)單元和循環(huán)單元的旋轉(zhuǎn)和位移維持，鉆井液的供應(yīng)通過下部室維持，該下部室借助于關(guān)閉的閘閥和緊密配合在一部分鉆柱周圍的下密封元件而保持對周邊環(huán)境的關(guān)閉。
[0030]3.在鉆井順序的第三階段，發(fā)生如下:
[0031]a)待連結(jié)到鉆柱的下一管通過操縱器等移動到鉆井中心軸線并在此保持固定。
[0032]b)上旋轉(zhuǎn)單元使保護(hù)接頭旋轉(zhuǎn)，以將其連接到管的上端。
[0033]c)當(dāng)上密封元件打開時，管的下端被移動到循環(huán)單元中。
[0034]d)上密封元件在管的周圍關(guān)閉。
[0035]e)鉆井液通過保護(hù)接頭被供應(yīng)到上部室，可以通過上流體端口，閘閥被打開，因為現(xiàn)在從上部室通過打開的閘閥為鉆柱供應(yīng)鉆井液，所以通過下流體端口供應(yīng)鉆井液被停止。
[0036]f)上旋轉(zhuǎn)單元在旋轉(zhuǎn)期間移動管以將其連接到鉆柱，管旋轉(zhuǎn)得比鉆柱快。
[0037]g)鉆井液通過保護(hù)接頭被供應(yīng)到鉆柱。密封元件可以在循環(huán)單元的室已經(jīng)被排干之后打開。
[0038]鉆井作業(yè)通過重復(fù)步驟Ia)到3g)而繼續(xù)。
[0039]鉆井作業(yè)也可以稍微脫離上述描述但不背離本發(fā)明的范圍的變型來執(zhí)行。
[0040]本發(fā)明呈現(xiàn)了一種在鉆柱的連續(xù)旋轉(zhuǎn)期間使鉆井液連續(xù)循環(huán)的大大簡化的操作維護(hù)系統(tǒng)，這是因為供管或管柱的旋轉(zhuǎn)和掛脫的所有元件被設(shè)置在循環(huán)單元的外面。與維護(hù)或調(diào)整另一管尺寸相關(guān)聯(lián)的部件的任何替換可不介入循環(huán)單元地進(jìn)行。
[0041]當(dāng)鉆井液在鉆柱的連續(xù)旋轉(zhuǎn)期間連續(xù)循環(huán)時，根據(jù)本發(fā)明的裝置顯示了大程度的靈活性，這是因為上旋轉(zhuǎn)單元可獨立于下旋轉(zhuǎn)單元和循環(huán)單元位移。進(jìn)一步的靈活性可通過使下單元能獨立于循環(huán)單元位移來獲得。
[0042]在第一方案中，本發(fā)明更具體地涉及一種循環(huán)單元，其用于被設(shè)置為在鉆井期間使鉆井液連續(xù)循環(huán)的裝置，其中:
[0043]外殼，設(shè)有被設(shè)置為容納管的一部分的中心孔；
[0044]中心孔被可旋轉(zhuǎn)地支撐在外殼中的上環(huán)形密封元件和下環(huán)形密封元件限定；
[0045]密封元件設(shè)有中心開口，該中心開口可通過密封元件的擴(kuò)張而關(guān)閉，或通過內(nèi)密封表面抵靠管而與管緊密配合；以及
[0046]閘閥，其在關(guān)閉狀態(tài)，在外殼中的上部室和下部室之間形成流體密封隔離，其特征在于:
[0047]每個密封元件以流體密封的方式連接到可旋轉(zhuǎn)的封隔管，該可旋轉(zhuǎn)的封隔管伸入相應(yīng)的室內(nèi)并被與封隔管的周邊及外殼緊密配合的封隔器組件圍繞。
[0048]密封元件可設(shè)有可擴(kuò)張腔，該可擴(kuò)張腔經(jīng)由密封元件周圍的若干流體通道和環(huán)形空間與壓力流體端口流體連通。
[0049]在封隔器組件和限定密封元件周圍的環(huán)形空間的壓力流體密封件之間設(shè)置封隔器排放部。
[0050]封隔管可經(jīng)由軸承套圈連接到密封元件，該軸承套圈與密封元件的端面流體密封配合。
[0051]在第二方案中，本發(fā)明更具體地涉及一種在連續(xù)鉆井期間使鉆井液連續(xù)循環(huán)的裝置，其中，如上所述的循環(huán)單元被設(shè)置在上旋轉(zhuǎn)單元和下旋轉(zhuǎn)單元之間，循環(huán)單元和旋轉(zhuǎn)單元沿著導(dǎo)軌豎直位移，其特征在于，
[0052]至少上旋轉(zhuǎn)單元可獨立于循環(huán)單元位移；
[0053]循環(huán)單元包括外殼，該外殼設(shè)有被設(shè)置為容納管的一部分的中心孔；
[0054]中心孔被可旋轉(zhuǎn)地支撐在外殼中的上環(huán)形密封元件和下環(huán)形密封元件限定；以及
[0055]密封元件設(shè)有中心開口，該中心開口可通過所述密封元件的擴(kuò)張而關(guān)閉，或通過內(nèi)表面抵靠管而與管緊密配合。
[0056]在與鉆柱連接或分離期間管的任何旋轉(zhuǎn)和鉆柱的任何旋轉(zhuǎn)可由可旋轉(zhuǎn)鉗提供，可旋轉(zhuǎn)鉗被設(shè)置在循環(huán)單元的外殼的外面。
[0057]下旋轉(zhuǎn)單元和循環(huán)單元可設(shè)有共同的線性驅(qū)動器，該線性驅(qū)動器被設(shè)置以使所述旋轉(zhuǎn)單元和循環(huán)單元沿著井架的導(dǎo)軌以同步豎直運動的方式位移。
[0058]外殼可設(shè)有閘閥，在該閘閥的閉合狀態(tài)下，在上部室和下部室之間形成流體密封隔離隔。
[0059]閘閥可為具有與外殼和中心開口的中心軸線垂直的轉(zhuǎn)動軸線和一中心開口的球閥，在閘閥的開放狀態(tài)下，該中心開口構(gòu)成循環(huán)單元的中心孔的一部分。
[0060]循環(huán)單元可設(shè)有上部室和下部室，上部室和下部室經(jīng)由連接到閥系統(tǒng)的相應(yīng)的可單獨關(guān)閉的鉆井液線路而連接到鉆井液系統(tǒng)。
[0061]保護(hù)接頭可旋轉(zhuǎn)地連接到可關(guān)閉的鉆井液線路，該可關(guān)閉的鉆井液線路經(jīng)由閥系統(tǒng)連接到鉆井液系統(tǒng)。
[0062]每個密封元件的端面可以以流體密封的方式連接到可旋轉(zhuǎn)的封隔管，該可旋轉(zhuǎn)的封隔管分別突出到外殼中的上部室和下部室內(nèi)并被封隔器組件圍繞，該封隔器組件與封隔管的周邊緊密配合并與外殼緊密配合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0063]在下文中，描述了附圖中呈現(xiàn)的優(yōu)選實施例的示例，在附圖中:
[0064]圖1示出了通過根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)單元的軸向截面圖；
[0065]圖2以較小比例示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的側(cè)視圖，其中，鉆柱被上旋轉(zhuǎn)單元旋轉(zhuǎn)，并且鉆井液經(jīng)由連接到鉆柱的保護(hù)接頭(saver sub)來供應(yīng)，同時循環(huán)單元和下旋轉(zhuǎn)單元向上旋轉(zhuǎn)單元豎直位移；
[0066]圖3示出了通過循環(huán)單元的軸向截面的根據(jù)本發(fā)明的裝置的原理圖，其中，鉆柱的上端位于循環(huán)單元的下部室，保護(hù)接頭與鉆柱分離并使其下端位于上部室，鉆柱被下旋轉(zhuǎn)單元旋轉(zhuǎn)且鉆井液通過循環(huán)單元的下部室來供應(yīng)；以及
[0067]圖4示出了鉆柱由下旋轉(zhuǎn)單元維持旋轉(zhuǎn),保護(hù)接頭已經(jīng)被從循環(huán)單元拉出。

【具體實施方式】
[0068]在井架I上，上旋轉(zhuǎn)單元2和下旋轉(zhuǎn)單元2’以及循環(huán)單元3被設(shè)置成可沿著井架I上的導(dǎo)軌11、11’豎直位移。導(dǎo)軌11、11’可疊合或分離。借助線性驅(qū)動器25、25’來提供豎直位移，通過線性驅(qū)動器與導(dǎo)軌11、11’之間的接合(典型地通過齒輪與導(dǎo)軌11、11’的齒部(圖中未示出)的嚙合)，線性驅(qū)動器25、25’可獨立于經(jīng)由連接元件作用在單元2、2’、3上的力(例如井壓力)而強(qiáng)制驅(qū)動各旋轉(zhuǎn)單元2、2’和循環(huán)單元3。
[0069]具體地，首先參照圖2。鉆井液系統(tǒng)4包括閥系統(tǒng)44、分別連接到設(shè)置在循環(huán)單元3上的上流體端口 35和下流體端口 35’的第一鉆井液線路41和第二鉆井液線路42、和經(jīng)由旋轉(zhuǎn)聯(lián)軸節(jié)(活節(jié))431a連接到保護(hù)接頭431的第三鉆井液線路43，使得保護(hù)接頭431可獨立于連接的鉆井液線路43繞其自身的中心軸線旋轉(zhuǎn)。鉆井液線路41、42、43連接到閥系統(tǒng)44,使得在鉆井液線路41、42、43之一中流動的鉆井液可獨立于在另外的鉆井液線路41、42、43的每一者中流動的鉆井液被控制。
[0070]已經(jīng)按公知的方式由若干管或管段51、51’制成的鉆柱5沿井眼(圖中未示出)向下延伸，并使其中心軸線與鉆井中心軸線WC —致。
[0071]保護(hù)接頭431可連接到管的上端51a、51a’。
[0072]現(xiàn)在參照圖1。循環(huán)單元3包括外殼31，該外殼被閘閥34分成上部室311和下部室312。出于實用的目的，閘閥34可為具有垂直于外殼31的中心軸線的旋轉(zhuǎn)軸的球閥，并在其打開位置顯現(xiàn)與延伸通過整個外殼31的中心孔313 —致的中心開口 341。在外殼31的端部分別設(shè)置帶有可閉合的中心開口 321的上密封元件32、下密封元件32’，上密封元件32、下密封元件32’是一種這樣的元件，當(dāng)壓力流體從壓力供應(yīng)單元(圖中未示出)供應(yīng)到內(nèi)部封隔腔329時，上密封元件32、下密封元件32’可徑向擴(kuò)張直到內(nèi)密封表面324密封地緊靠鉆柱5、管51和51’或保護(hù)接頭431的環(huán)繞部，或當(dāng)密封元件32、32’不環(huán)繞鉆柱5、管51和51’或保護(hù)接頭431時，可徑向擴(kuò)張直到完全地關(guān)閉中心開口 321。壓力流體從壓力流體系統(tǒng)(圖中未示出)通過圍繞密封元件32、32’的壓力流體端口 326和環(huán)形空間327被供應(yīng)到密封元件32、32’。若干流體通道328在封隔腔329和環(huán)形空間327之間延伸。在軸向方向上，環(huán)形空間327被若干壓力流體密封件320以流體密封的方式限定。
[0073]密封元件32、32’被支撐在可圍繞中心孔313的中心軸線旋轉(zhuǎn)的外殼31中，軸承323被設(shè)置在軸承套圈32a之間，密封元件32、32’分別被設(shè)置在軸承套圈32a內(nèi)，且外殼31被設(shè)置為承受徑向和軸向方向的應(yīng)變。每個密封元件32、32’的端面325與軸承套圈32a為流體密封配合。封隔管331從軸承套圈32a分別突出到各室311、312中，該封隔管的端部緊密配合軸承套圈32a并隨軸承套圈32a和密封元件32、32’ 一起旋轉(zhuǎn)。封隔管331分別被一種允許封隔管331旋轉(zhuǎn)但不會使密封功能下降到任何值得一提的程度(例如所謂的沖管密封)的上封隔器組件33和下封隔器組件33’環(huán)繞。因此阻止鉆井液透過密封元件32、32’的軸承323進(jìn)入環(huán)形空間327并與被供應(yīng)到密封元件32、32’的壓力流體混合。為進(jìn)一步阻止這樣的鉆井液和壓力流體的混合，外殼31設(shè)有封隔器排放部332，該封隔器排放部將排出來自外殼31的鉆井液的任何泄漏。
[0074]密封元件32、32’的內(nèi)壓力可被調(diào)整到反映主要井壓的鉆井液壓力。
[0075]在下端部，外殼31還設(shè)有底部封隔器36，該底部封隔器被設(shè)置為通過擴(kuò)張來關(guān)閉中心孔313。在底部封隔器36之上，外殼設(shè)有排放口 37。
[0076]旋轉(zhuǎn)單元2、2’包括帶有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器23、23’的旋轉(zhuǎn)鉗21、21’以及典型地以卡瓦裝置形式的掛脫裝置22、22’。
[0077]在一個實施例中，如圖2到圖4所示，循環(huán)單元3連接到下旋轉(zhuǎn)單元2’。也可以想象循環(huán)單元3獨立于所述下旋轉(zhuǎn)單元2’。
[0078]當(dāng)用根據(jù)本發(fā)明的裝置來執(zhí)行連續(xù)鉆井作業(yè)時，可按以下面的方式執(zhí)行:
[0079]在鉆井順序的第一階段，鉆柱5的上端通過循環(huán)單元3突出。第三鉆井液線路43經(jīng)由保護(hù)接頭431連接到鉆柱5的上端51a。鉆井液經(jīng)由保護(hù)接頭431被供應(yīng)到鉆柱5的中心孔。鉆柱5被上旋轉(zhuǎn)單元2保持旋轉(zhuǎn)。上密封元件32、下密封元件32’打開，且鉆柱5相對于循環(huán)單元3自由地移動。上旋轉(zhuǎn)單元2和鉆柱5根據(jù)所獲得的穿透速度向下移動。
[0080]在鉆井順序的第二階段，循環(huán)單元3和下旋轉(zhuǎn)單元2’朝向上旋轉(zhuǎn)單元2向上移動。鉆柱5的上端51a和保護(hù)接頭431的下部431a被移動到循環(huán)單元3中，使得鉆柱5的上端51a在下部室312中。鉆柱5被接管鉆柱旋轉(zhuǎn)的下旋轉(zhuǎn)單元2’抓握。保護(hù)接頭431在上旋轉(zhuǎn)單元2中保持掛脫。密封元件32、32’在旋轉(zhuǎn)的鉆柱5和保護(hù)接頭431周圍分別關(guān)閉。鉆井液通過下流體端口 35’被供應(yīng)到下部室312。當(dāng)下旋轉(zhuǎn)單元2’旋轉(zhuǎn)鉆柱5時，保護(hù)接頭431通過保持保護(hù)接頭431返回的上旋轉(zhuǎn)單元2與鉆柱5分離。保護(hù)接頭431被拉出下部室312，閘閥34被關(guān)閉，停止通過保護(hù)接頭431供應(yīng)鉆井液。上密封元件32打開，保護(hù)接頭431被拉出循環(huán)單元3。鉆井液殘留物可通過上流體端口 35被排出。鉆井作業(yè)通過下旋轉(zhuǎn)單元2’和循環(huán)單元3的旋轉(zhuǎn)和位移而被維持，鉆井液的供應(yīng)通過下部室312維持，該下部室借助于關(guān)閉的閘閥34和緊密配合在一部分鉆柱5周圍的下密封元件32’而保持對周邊環(huán)境關(guān)閉。
[0081]在鉆井順序的第三階段，待連結(jié)到鉆柱5的下一個管51’通過操縱器(圖中未示出)等移動到鉆井中心軸線WC并保持在此固定。上旋轉(zhuǎn)單元2旋轉(zhuǎn)保護(hù)接頭431以將保護(hù)接頭連接到管51’的上端51a。當(dāng)上密封元件32打開時，管51’的下端51b被移動進(jìn)入循環(huán)單元3。上密封元件32在管51’的周圍關(guān)閉。鉆井液通過保護(hù)接頭431被供應(yīng)到上部室311，閘閥34被打開，并且通過下流體端口 35’供應(yīng)鉆井液被停止，因為現(xiàn)在從上部室311通過打開的閘閥34為鉆柱5供應(yīng)鉆井液。在旋轉(zhuǎn)期間上旋轉(zhuǎn)單元2移動管51’以將其連接到鉆柱5，管5’旋轉(zhuǎn)得比鉆柱5快。鉆井液通過保護(hù)接頭431被供應(yīng)到鉆柱5。密封元件32、32’可以在循環(huán)單元3的室311、312分別通過上流體端口 35和排放口 37已經(jīng)被排干之后打開。
[0082]當(dāng)新管51’被接連連接為鉆柱5并順利在地下作業(yè)時，鉆井作業(yè)通過從階段I重復(fù)而繼續(xù)。
[0083]借助于根據(jù)本發(fā)明的布置，提供了一種在鉆井期間連續(xù)供應(yīng)鉆井液的簡單系統(tǒng)，并且鉆井可以連續(xù)過程進(jìn)行。使用的重要單元并不復(fù)雜，因為每個單元只被賦予了一個主功能，即:
[0084]a)第一旋轉(zhuǎn)單元2提供了連接到保護(hù)接頭431的鉆柱5或管51、51’的掛脫、旋轉(zhuǎn)和豎直位移。
[0085]b)第二旋轉(zhuǎn)單元2’提供了鉆柱5的掛脫、旋轉(zhuǎn)和豎直位移。
[0086]c)循環(huán)單元3提供了鉆井液系統(tǒng)4和旋轉(zhuǎn)的鉆柱5之間的流體密封、可移動連接，與保護(hù)接頭431協(xié)作以在直接供應(yīng)到鉆柱5與在連接階段的經(jīng)由下一管51、51’供應(yīng)之間交替地供應(yīng)鉆井液。
[0087]根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)單元3提供對于鉆井液的環(huán)境友好的處理，因為在密封元件32、32’從鉆柱5被釋放等之前，鉆井液的殘留量可從循環(huán)單元中被排出。循環(huán)單元3的封隔器組件33、33’還確保旋轉(zhuǎn)軸承323更好的耐用性等，這是由于鉆井液被阻止進(jìn)入壓力流體供應(yīng)通路327、328，所以壓力流體(通常也用作所述軸承的潤滑劑)不容易被鉆井液污染。
[0088]通過使用循環(huán)單元3 (該循環(huán)單元具有維持鉆井液供應(yīng)到鉆柱5的唯一任務(wù))，并通過旋轉(zhuǎn)單元2、2’執(zhí)行鉆柱和管的旋轉(zhuǎn)、掛脫和豎直位移，可更合理地進(jìn)行該布置與其他管尺寸的調(diào)整，這是因為當(dāng)旋轉(zhuǎn)鉗21、21’和掛脫裝置22、22’中的抓握元件等被更換時，無需介入關(guān)閉的循環(huán)單元3。
[0089]通過使下旋轉(zhuǎn)單元2’與循環(huán)單元3分離、循環(huán)單元3設(shè)有使循環(huán)單元3獨立于下旋轉(zhuǎn)單元2’豎直位移的單獨線性驅(qū)動器(圖中未示出)，由于在連續(xù)鉆井液循環(huán)的連續(xù)鉆井期間具有更大的操作自由，因此可獲得其他優(yōu)點。
【權(quán)利要求】
1.一種循環(huán)單元(3)，其用于被設(shè)置為在鉆井期間使鉆井液連續(xù)循環(huán)的裝置，其中； 外殼(31)，設(shè)有被設(shè)置為容納管(5、51、51’、431)的一部分的中心孔(313)； 所述中心孔(313)被可旋轉(zhuǎn)地支撐在所述外殼(31)中的上環(huán)形密封元件(32)和下環(huán)形密封元件(32’ )限定； 所述密封元件(32、32’)設(shè)有中心開口(321)，所述中心開口能通過所述密封元件(32、32’ )的擴(kuò)張關(guān)閉，或通過內(nèi)密封表面(324)抵靠所述管(5、51、51’、431)而與所述管(5、51、51’、431)緊密配合；以及 閘閥(34)，其在關(guān)閉狀態(tài)，在所述外殼(31)中的上部室(311)和下部室(312)之間形成流體密封隔離，其特征在于， 每個所述密封元件(32、32’)以流體密封的方式連接到能旋轉(zhuǎn)的封隔管(331)，所述封隔管突出到相應(yīng)的室(311、312)內(nèi)并被封隔器組件(33和33’，分別地)圍繞，所述封隔器組件與所述封隔管(331)的周邊緊密配合并與所述外殼(31)緊密配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)單元(3)，其中，所述密封元件(32、32’)設(shè)有能擴(kuò)張腔(329)，所述能擴(kuò)張腔經(jīng)由所述密封元件(32、32’ )周圍的若干流體通道(328)和一環(huán)形空間(327)與壓力流體端口(326)流體連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)單元(3)，其中，在所述封隔器組件(33、33’)與限定所述密封元件(32、32’ )周圍的環(huán)形空間(327)的壓力流體密封件(320)之間設(shè)置封隔器排放部(332)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)單元(3)，其中，所述封隔管(331)經(jīng)由軸承套圈(32a)連接到所述密封元件(32、32’)，所述軸承套圈與所述密封元件(32、32’ )的端面(325)流體密封地配合。
5.一種用于在連續(xù)鉆井期間使鉆井液連續(xù)循環(huán)的裝置，其中，根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任一項所述的循環(huán)單元(3)被設(shè)置在上旋轉(zhuǎn)單元(2)和下旋轉(zhuǎn)單元(2’)之間，所述循環(huán)單元(3)和所述旋轉(zhuǎn)單元(2、2’ )沿著導(dǎo)軌(11)豎直位移，其特征在于， 至少所述上旋轉(zhuǎn)單元(2)能獨立于所述循環(huán)單元(3)位移； 所述循環(huán)單元(3)包括外殼(31)，所述外殼設(shè)有被設(shè)置成容納管(5、51、51’、431)的一部分的中心孔(313)； 所述中心孔(313)被能旋轉(zhuǎn)地支撐在所述外殼(31)中的上環(huán)形密封元件(32)和下環(huán)形密封元件(32’)限定；以及 所述密封元件(32、32’)設(shè)有中心開口(321)，所述中心開口能通過所述密封元件(32、32’ )的擴(kuò)張關(guān)閉，或通過內(nèi)表面(324)抵靠所述管(5、51、51’、431)而與所述管(5、51、51，、431)緊密配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，在與鉆柱(5)連接或分離期間管(51、51’)的任何旋轉(zhuǎn)和鉆柱(5)的任何旋轉(zhuǎn)，由旋轉(zhuǎn)鉗(21、21’ )提供，所述旋轉(zhuǎn)鉗被設(shè)置在所述循環(huán)單兀⑶的外殼(31)的外面。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述下旋轉(zhuǎn)單元(2’)和所述循環(huán)單元(3)設(shè)有共同的線性驅(qū)動器(25’)，所述線性驅(qū)動器被設(shè)置為使所述旋轉(zhuǎn)單元(2’)和所述循環(huán)單元(3)沿著井架(I)的導(dǎo)軌(11)以同步豎直運動的方式位移。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述外殼(31)設(shè)有閘閥(34)，所述閘閥在關(guān)閉狀態(tài)下，在上部室(311)和下部室(312)之間形成流體密封隔離。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述閘閥(34)為球閥，所述球閥帶有與所述外殼(31)的中心軸線垂直的轉(zhuǎn)動軸線和一中心開口(341)，所述中心開口在所述閘閥(34)的開放狀態(tài)下，構(gòu)成所述循環(huán)單元(3)的中心孔(313)的一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述循環(huán)單元(3)設(shè)有上部室(311)和下部室(312)，所述上部室和下部室分別經(jīng)由連接到閥系統(tǒng)(44)的能單獨關(guān)閉的鉆井液線路(41、42)被連接到鉆井液系統(tǒng)(4)。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，保護(hù)接頭(431)可旋轉(zhuǎn)地連接到能關(guān)閉的鉆井液線路(43)，所述能關(guān)閉的鉆井液線路經(jīng)由閥系統(tǒng)(44)連接到鉆井液系統(tǒng)(4)。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，每個所述密封元件(32、32’)的端面(325)以流體密封的方式連接到能旋轉(zhuǎn)的封隔管(331)，所述能旋轉(zhuǎn)的封隔管分別突出到所述外殼(31)中的上部室(311)和下部室(312)內(nèi)，并被封隔器組件(33和33’，分別地)圍繞，所述封隔器組件與所述封隔管(331)的周邊緊密配合并與所述外殼(31)緊密配合。
【文檔編號】E21B19/16GK104411915SQ201380032275
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月18日
【發(fā)明者】奧德·B·斯凱爾塞特, 波杰恩·艾勒特森 申請人:西部鉆探產(chǎn)品有限公司