钻探装置和钻探方法.pdf

本发明涉及钻探装置和相关联的钻探方法，其中提供了井架、沿井架以可移置方式被引导的钻架和用于在井架上移动钻架的驱动机组。根据本发明驱动机组具有液压缸驱动器和绳索绞车驱动器二者。钻架可以与液压缸驱动器和绳索绞车驱动器相耦联。

1.  一种钻探装置，包括：
-井架，
-钻架，所述钻架沿着所述井架以可移置的方式被引导，和
-驱动机组，用于在所述井架上移动所述钻架，
其特征在于
-所述驱动机组具有液压缸驱动器和绳索绞车驱动器二者和
-所述钻架可以与所述液压缸驱动器和所述绳索绞车驱动器相耦联。

2.  根据权利要求1所述的钻探装置，
其特征在于
提供了一种耦联装置，所述钻架可以借助于所述耦联装置而交替连接到所述液压缸驱动器和所述绳索绞车驱动器。

3.  根据权利要求1所述的钻探装置，
其特征在于
-所述井架具有井架基座元件和至少一个伸缩式井架元件，所述伸缩式井架元件以伸缩式方式在所述井架基座元件中被引导，和
-为了所述至少一个伸缩式井架元件的运动，可以将所述液压缸驱动器与所述至少一个伸缩式井架元件相耦联。

4.  根据权利要求3所述的钻探装置，
其特征在于
所述钻架具有用于沿所述井架基座元件引导的第一引导件，和用于沿所述至少一个伸缩式井架元件引导的至少第二引导件。

5.  根据权利要求3所述的钻探装置，
其特征在于
所述绳索绞车驱动器具有被布置在所述钻探装置底座上的绳索绞车，和经由井架头上的滑轮设备而引导的绳索。

6.  根据权利要求1所述的钻探装置，
其特征在于
可以将所述绳索绞车驱动器连接到所述井架以便枢转所述井架。

7.  根据权利要求1所述的钻探装置，
其特征在于
所述液压缸驱动器具有被布置在所述井架的基座上的至少一个液压缸。

8.  一种钻探方法，特别是用根据权利要求1所述的钻探装置来实施以生成钻孔，其中用井架上所引导的钻架移动第一杆件和第二杆件且特别是将所述第一杆件和所述第二杆件引入地面，
其特征在于
为了将所述第一杆件引入，用液压缸驱动器移动所述钻架和
为了将所述第二杆件引入，用绳索绞车驱动器移动所述钻架。

9.  根据权利要求8所述的钻探方法，
其特征在于
所述第一杆件是内钻杆且所述第二杆件是外管杆件。

10.  根据权利要求8所述的钻探方法，
其特征在于
-所述第一杆件由第一杆件段组成且所述第二杆件由第二杆件段组成，
-所述第一杆件段的长度小于所述第二杆件段的长度，
-在引入所述第二杆件之前延伸所述井架和
-通过沿着延伸的井架移动所述钻架而将所述第二杆件逐段引入地面。

钻探装置和钻探方法
技术领域
根据权利要求1的前序部分，本发明涉及到钻探装置，其包括井架、以可移置方式沿井架引导的钻架(drilling carriage)、和用于移动井架上的钻架的驱动机组。
本发明还涉及到用于产生钻孔的钻探方法，其中用井架上引导的钻架移动第一杆件和第二杆件且特别是将它们引入地面。
背景技术
在特别是深孔钻探中采用的这样类型的钻探装置中，通常有两个主要的工作模式。这包括了一方面进行钻探和另一方面用套管将钻孔加衬里。要求最大部分工作时间的第一主要工作模式用于钻杆段的钻探或抽出。在此情况下，因为在此时间期间打断了钻探的油井注水(flushing)，杆件段必须迅速进行更换。这样做时有钻头卡住的危险。
当达到一定的钻探深度时钻孔必须用套管加衬里并在外部抵紧土壤固结，以便稳定钻孔并防止各种土壤层的污染，正如在天然气或石油钻探期间为例。为此目的，安装了较大长度的杆件段，并将其相互连接且随后从外面固结。为此，进给系统需要大的张力。
从EP 0 114 146A得知了其中可以由液压缸移动伸缩式井架的钻探装置。
发明内容
本发明是基于提供钻探装置和钻探方法的目的，凭借其有可能实现不同的主要工作模式中的有效工作。
根据本发明，一方面通过具有权利要求1的特性的钻探装置、和另一方面通过具有权利要求8的特性的钻探方法来解决上述目的。在相应的从属权利要求中陈述了优选的变体方案。
根据本发明的钻探装置特征在于驱动机组具有液压缸驱动器和绳索绞车驱动器二者，且在于钻架可以与液压缸驱动器以及与绳索绞车驱动器相耦联。
用两个不同的驱动器有可能以有效方式实施不同工作模式。液压缸驱动器容许实现高进给速度和运动速度，这被证明在钻杆段钻探或抽出期间是尤为有利的。继而可以在对钻孔加衬里期间(例如通过引入套管)有效地使用绳索绞车驱动器。对于这些工作，需要具有高张力的进给系统。这可以用绳索绞车驱动器以节省费用且紧凑的方法而完成，用绳索绞车驱动器、特别是由于按照链动滑轮原理(chain blockprinciple)多次穿绕起重索，可以在降低的进给速度下得到高的张力。
原则上，在两种工作模式期间，可以将钻架连接到液压缸驱动器和绳索绞车驱动器二者。然而，根据本发明尤其有用的是提供了耦联装置，凭借其可以将钻架交替地连接到液压缸驱动器和绳索绞车驱动器。可以例如通过可插入的固定螺栓手动操作耦联装置；或例如通过促动钻架上的锁定机构的对应液压缸自动操作耦联装置。
根据本发明特别优选的是，井架具有井架基座元件和以伸缩方式在井架基座元件中被引导的至少一个伸缩式井架元件；且为了该至少一个伸缩式井架元件的运动，液压缸驱动器可以与所述至少一个伸缩式井架元件耦联。用这种方式，液压缸驱动器可以不仅用于钻架的运动而且也用于使井架伸缩。井架的伸缩式设施被证明对钻探装置的安装是尤为有用的，在此情况下井架从大致水平的运输位置枢转入大致垂直的工作位置。在此工作中井架的尺度越小，所需的升力越低。而且，如果为了在钻探之后给钻孔加衬里而使用了带杆件段的套管，且该套管的长度大于钻杆段长度，则井架的延伸是有用的。
根据本发明实现了关于钻架运动路径的高灵活性，因为钻架具有用于沿着井架基座元件引导的第一引导件和用于沿着至少一个伸缩式井架元件引导的至少另一个引导件。由于其伸缩式设施，伸缩式井架元件具有不同的形状，通常是比井架基座元件更小的一种形状。为确保此处有可靠的钻架引导，井架基座元件具有不同于伸缩式井架元件上第二引导件的第一引导件。特别地，这些可以是导轨或导槽。在钻架上为两引导件提供对应滑瓦(slide shoe)或导块(guide shoe)，从而当井架延伸时钻架可被移动，但不会从井架基座元件过渡到伸缩式井架元件。根据伸缩式井架元件的数目，也可以提供超过两个的引导件。
此外，根据本发明为绳索绞车驱动器装上绳索绞车和绳索，该绳索绞车被布置在钻探装置底座上，且该绳索经由滑轮设备而在井架的井架头上被引导。用此设备，可以经由井架头施加高的张力到钻架上。这特别适用于滑轮设备根据链动滑轮原理提供额外力传递的情况。绳索绞车在钻探装置底座上的布置考虑了稳定构造以及直接将力引入装置的稳定底座。
关于这点，尤为优选的是为了将井架枢转为垂直或从垂直枢转，可以将绳索绞车驱动器连接到井架。这样也可以使用绳索绞车驱动器来将井架从大致水平的运输位置提升到垂直工作位置。为此，绳索必须从钻架卸下并附接到设置在井架的后支柱设备上的附接点。
根据本发明，由于液压缸驱动器具有至少一个布置在井架基座上的液压缸的事实，因此造就了稳定的构造。除了位于井架基座上的铰接点之外，液压缸还具有可拆卸地固定到钻架上的另一铰接点。对于伸缩式井架元件的伸缩式设施，液压缸的可拆卸固定点因而可以耦联到伸缩式井架元件以便缩回或延伸所述伸缩式井架元件。
根据本发明的钻探方法特征在于，为引入第一杆件用液压缸驱动器移动钻架，和为引入第二杆件用绳索绞车驱动器移动钻架。液压缸驱动器容许特别有利于内钻杆段的迅速运动。绳索绞车驱动器继而容许施加如引入套管期间所需的高进给力。
根据本发明，有利的是第一杆件是内钻杆且第二杆件是外管杆件。在内钻杆面朝地面的端部上定位了钻头。可以采用外管杆件用于给钻孔加衬里并固结钻孔以便将其紧固。
此外，根据本发明优选的是：第一杆件由第一杆件段组成且第二杆件由第二杆件段组成，第一杆件段长度小于第二杆件段长度，在引入第二杆件之前伸缩式井架元件在用于延伸的井架基座元件上延伸且第二杆件通过沿延伸的井架移动钻架而逐段引入地面。备选地，第一杆件的段也可以比第二杆件的段更长。
根据本发明的钻探方法容许在两种主要工作模式中均有效工作。例如对于使用钻杆的钻探，可以沿井架基座元件单独地移动钻架。在此情况下可以利用较短的钻杆段。如果在其它主要工作模式中使用较长的套管作为第二杆件例如用于给钻孔加衬里，则可以为这些较长杆件段延伸井架。
根据本发明一同实现了钻探装置和钻探方法，在此情况下钻探装置与具备可比较性能的常规钻探装置相比更加节省费用。因为，可能需要显著较大尺度的绳索绞车绳驱动器，以便用绳索绞车驱动器达到液压缸的高进给速度以及同时达到必需的高进给力。
附图说明
本发明将通过在附图中示意性示出的优选实施例而进一步加以说明，其中：
图1示出了根据本发明的第一钻探装置的立体透视图；
图2示出了图1的钻探装置的侧视图；
图3示出了带枢转井架的图1的钻探装置的立体透视图；
图4示出了根据本发明带装备的另一钻探装置的立体透视图；
图5示出了根据本发明的另一钻探装置的立体透视图，和
图6示出了图5的钻探装置的前视图。
具体实施方式
图1和2示出了根据本发明具有底座12的第一钻探装置10，其中排布了用于能量和液压源的容器状动力机组14。在底座12的相对端处，提供了绕钻孔框架5延伸的叉状地面支撑16。在叉状地面支撑16的支架上，借助于V形双脚架20而以可枢转的方式铰接井架23。在背离钻孔框架5的井架23后侧上，所述井架相对于底座12通过带所谓A架柱(A-trestle)的支柱设备18而支撑。
在井架23到双脚架20的过渡上，安装了带有盒状控制台62的大致水平延伸的钻台22。在由支柱21相对于叉状地面支撑16所支撑的钻台22下方，按已知方式提供了带有对应夹持装置的防喷器(blowout-preventer)60用于螺纹连接和断开各个杆件段。
在钻探装置10的图解实施例中，将井架23按伸缩方式设计有井架基座元件24，在所述井架基座元件24中以可移置方式引导伸缩式井架元件26。井架基座本体24和伸缩式井架元件26在它们的前侧具有导轨状引导件，带有旋转头52的钻架50以可沿井架23移置的方式沿着所述导轨状引导件被引导。在朝向井架的侧面上，钻架50具有作为第一引导件54和第二引导件56的导块，其分别与井架基座元件24上的引导件一起、或与伸缩式井架元件26上的引导件一起，提供了钻架50的可靠线性位移。
根据本发明钻架50可以由液压缸驱动器40和绳索绞车驱动器30二者移动。绳索绞车驱动器30具有带旋转驱动器的鼓状绳索绞车32。绳索绞车32被布置在叉状地面支撑16与动力机组14之间的底座12上。借助于位于井架头28上的导向滑轮(deflection pulley)34，此处未描绘的绳索经由沿井架23的滑轮设备36而连接到钻架50。经过在滑轮设备36中多次穿绕绳索，根据链动滑轮原理实现了张力的增加，以便移置钻架50。为了与张力增加的程度相同，绳索绞车驱动器30的位移速度减少。
根据本发明，为在较低张力的情况下实现较快位移，钻架50可以与液压缸驱动器40相耦联。液压缸驱动器40具有在其内部空间中沿井架23延伸的液压缸42，其横截面为U形。液压缸42具有下部附接点44和上部附接点46。经过这些附接点44、46，液压缸42可以任选地连接到井架23的基座、钻架50或可移置的伸缩式井架元件26。
根据本发明伸缩式井架元件26可以从井架基座元件24延伸，用于延伸井架23，特别是在必须钻入或抽出较长的杆件段的那些情况下。取决于所需进给速度或所需张力，可以随后由绳索绞车驱动器30或由液压缸驱动器40操作钻架50。
图3示出了在折叠的装配位置的钻探装置10，其中井架23借助于位于双脚架20的下端处的枢转接头17而铰接到叉状地面支撑16。为提升处于其套叠状态下的井架23以便减少力，可以采用绳索绞车驱动器30。为此，仅部分图解出的绳索33借助于折叠支柱设备18而铰接到井架23。这样，井架23可以从其水平运输位置枢转到垂直工作位置，且反之亦然。
在图4中示出了另一钻探装置10。此钻探装置10大致对应于前面说明过的钻探装置。不像前述装置，在此情况下选择了带有盒状中间元件的不同支柱设备18。
根据图4的钻探装置10被图示为具有在钻探现场通常使用的装备。第一杆件段71由这种已知的操作装置70从水平起始位置枢转到垂直位置，并升举到钻台22的水平面。借助于钻架50，第一钻杆段71可以相互螺纹连接以便形成第一杆件并逐段引入地面。以相反顺序进行第一杆件的分解。
另外，可以用钻架50引入由第二杆件段72组成的第二杆件。在根据图4的图解中，所述杆件段布置在管杆件仓库中。第二杆件段72的长度大于第一杆件段71的长度。为了较长的第二杆件段72的运动，可以如图所示延伸井架23，从而当钻架50朝上部井架头28移动时钻架50也能够接收第二杆件段72并分别将它们引入地面或将它们抽出。
在图5和6中，图示了根据本发明的另一钻探装置10。此装置大致对应于前面说明的钻探装置，从而在下面将仅描述变动的细节构造。
在根据图5和6的钻探装置10中，提供了具备固定的井架长度的单件井架23。井架23的长度被设计为匹配杆件段的最大预期长度。在较短杆件段的情况下，钻架50在井架23上仅向上移动到每种情况下所需的高度。