吊臂安装的连续油管导向件以及用于运行连续油管的方法
【专利摘要】当连续油管从存储卷筒退绕并馈送到与井口连接的连续油管注入器中时，用于保持连续油管的拱长度的连续油管支撑导向件被安装到细长的支撑结构而不是到连续油管注入器。细长的支撑结构承受由卷筒强加于连续油管上的张力而引起的负载，从而避免在井口上产生弯曲力矩。在替代实施例中，通过从细长的支撑结构的提升线保持的连续油管注入器用抗弯曲联接件耦接到该细长的支撑结构，其中抗弯曲联接件允许连续油管注入器的相对旋转。
【专利说明】 吊臂安装的连续油管导向件以及用于运行连续油管的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求美国临时申请N0.61/583,230的优先权，该申请提交于2012年I月5日，其全部内容通过合并在此，用于所有目的。
【技术领域】
[0003]本发明一般涉及使用连续油管/挠性油管的油田作业。
【背景技术】
[0004]连续油管通常广泛用于油田服务和作业。相对于直的接合管，它可以以高速率运行进入井孔并从井孔提升出来，并且不像钢丝绳(wire line)，它可以被推入井孔中。连续油管是指一条连续的钢管，即被连续的铣磨并且缠绕到大的卷带盘，用于运输和处理。在直径从0.75英寸到超过4英寸的情况下，连续油管可具有从50，000磅力每平方英寸(PSI)到超过120，000PSI的屈服和拉伸强度，并且已经被制造出长度大于30，000英尺。例如，它可用于钻孔，但是它更经常在钻井之后用于测井、洗井、压裂、固井、打捞、完井和与生产相关的操作。
[0005]连续油管使用被称作连续油管注入器的机器运行进入井孔并从井孔移出。名字“连续油管注入器”源自于以下事实:在预先存在的井孔中，油管可能需要通过滑动密封件被迫使到或“注入到”井中，以克服井内的流体压力，直到井中的油管的重量超过作用在油管的横截面的压力所产生的力。然而，一旦油管的重量超过了该压力，它必须通过注入器来保持。
[0006]存在许多不同类型和结构的连续油管注入器能够处理在油田作业中使用的连续油管。大多数连续油管注入器具有头部，该头部由两个连续的链组成，每个链装在多组隔开的链轮上，使得在链轮之间存在延伸的链长度。至少一个链由马达驱动——通常是液压的，虽然可以使用其他类型的马达——该马达连接至一个或更多个链轮。链被安排使得进入注入器的连续油管通过安装到每个链的夹具保持在链之间。夹具抵靠油管的外径被紧压，由此产生平行于油管的轴线的摩擦力。该摩擦力直接与由夹具所施加的法向力关联。
[0007]图1和图2示出了当钻机被移除后，对之前钻出的井进行作业时通常使用的设备的例子。连续油管的卷筒10安装在拖车11上，用于运输到现场。连续油管注入器、控制舱和其他的用于注入器运转的设备有时也被称为“连续油管单元”，并通常由图中的参考数字12指示。当连续油管14从卷筒展开，或被缠绕回卷筒时，它通过油管支撑导向件16被引导对准连续油管注入器的链。因为这样的导向件通常是拱形的，因此它们有时被称为“鹅颈管”支撑件。当连续油管注入器被布置时，导向件连接到连续油管注入器的框架，以便当注入器被运转时，导向件与连续油管注入器具有固定的关系。一般地，引导拱被定位或定向在其旋转链之间，使得连续油管穿入注入器头部的顶部，或任选的在注入器头部的顶部，使得连续油管穿入安装到框架的矫直机，用于在进入注入器头部之前消除油管的弯曲。(如在本说明书中所用，“连续油管注入器”是指具有或不具有矫直机的注入器头部，除非上下文另有说明。)当其被解开或缠绕时，为了将连续油管缠绕在卷筒上并且为了保持缠绕在卷筒上的连续油管，卷筒必须维持连续油管上的张力。引导拱防止连续油管通过卷筒施加到油管上的张力而产生的折曲或以其它方式损坏。然而，引导拱通常以以下方式附接在连续油管注入器的框架上，即该方式允许它被附接或连接在不同的位置或取向。例如，最好定位或定向可取决于所使用的油管的直径和油管是被降低或推入井孔还是被拉出井孔。当油管脱离卷筒时，它具有比当它从井被拉出时相对更大的弯曲，这可能会影响引导拱怎样被固定到注入器。因此，“固定的关系”并不暗示其不允许调整。
[0008]当被使用时，连续油管注入器定位在井口上方，高到足以容纳一个或更多个防喷装置20、立管(riser) 22以及可以连接到井口的其它设备，其中在进入井孔前连续油管必须通过该井口。立管由一段或更多段直管组成，并且从附接至井口的防喷装置延伸。在被降低到井孔里之前，立管用来容纳附接到连续油管的末端的细长的、刚性的工具。连续油管注入器连接到具有防喷盒(stripper)的立管，该立管连续油管通过该防喷盒被推入或拉出。因为没有桅杆或平台，井口上方架设的临时结构或者驱动至现场的移动式起重机，被用于定位和保持注入器就位。
[0009]图1示出了便携式结构24的使用的例子，其由输送至现场的一个或更多个可堆叠段被临时架设，用于保持连续油管注入器在井口上方就位。图2示出高容量的、自推进的起重机26的使用，以在油井维护作业期间提升并保持连续油管注入器18和引导拱在适当位置。起重机通常放置在连续油管卷筒10的井口的相对面或者，如有必要，放置在一侧。注入器和油管的一些或全部重量被转移到起重机的吊臂上。然而，连续油管注入器18和卷筒10之间连续油管的部分14中的张力也在引导拱16上施加横向力，该力被传送至连续油管注入器18，从而引起井口上的弯曲力矩。越来越多地用于容纳长的井下工具和较大直径的连续油管的较高的井口，意味着更大的弯曲力矩。结构24可以被设计为处理根据弯曲力矩所预期的负载。然而，在起重机的情况下，起重机操作员必须以在连续油管注入器18上施加反作用力的方式来操作起重机。该反作用力通常通过回拉和远离卷筒10来施加，从而试图减少在井口上产生的弯曲力矩的拉伸负载。知道拉回油管注入器如何艰难通常涉及猜测，并且在某些情况下，油管上的张力可以超过起重机的容量以保持横向力。因此，已经存在许多实例，其中已经拉过井口且起重机倒塌。
【发明内容】
[0010]随着用在油井作业中的连续油管的直径、壁厚和屈服强度的增加，将需要更大的连续油管的张力以将其缠绕在存储卷筒上。卷筒将需要在卷筒和连续油管注入器之间延伸的连续油管的部分强加更大的张力。此外，较大的油管也需要较高的井口。更大的张力和更高的井口导致施加于井口的更大的弯曲力矩。
[0011]在使用连续油管进行油井维护作业的方法和装置的一个例子中，在进入连续油管注入器的顶部时用于支撑连续油管的连续油管导向件被固定到连续油管注入器上方的支撑结构，而不会被固定到连续油管注入器。由连续油管上的张力引起的负载通过连续油管导向件转移到支撑结构而不是连续油管注入器。因此，卷筒上的张力不再引起井口中的弯曲力矩。更大的张力可通过卷筒施加到连续油管而不用增加井口上的弯曲力矩。
[0012]在另一个例子中，随该导向件从卷筒传送至连续油管注入器，用于保持井口上方的连续油管注入器的起重机的吊臂与用于支撑连续油管的油管导向件相匹配。可替代地，起重机或可伸展桅杆定位连续油管注入器上方的连续油管导向件，而连续油管注入器由单独的起重机保持。
[0013]在又一示例中，卷筒相对于细长的支撑结构(例如起重机吊臂或可伸缩桅杆)被定位，使得由连续油管上的张力引起的大部分负载作为轴向压缩力由细长的支撑件主要承受。虽然弯曲负载也被施加在细长的支撑结构上，在某种程度上它是向上的，但是如果它被细长的支撑结构支撑，则它反抗由连续油管注入器引起的桅杆上的向下弯曲负载，以及细长的支撑结构的重量。通过更接近地对齐诱发载荷与细长支撑结构的轴线，与操作该结构(特别是起重机)以抵消负载有关的猜测被减少。
[0014]在又一示例中,连续油管导向件使用用于允许其倾斜和/或旋转一侧到另一侧的联接件被附接到起重机吊臂或可伸缩桅杆。这种可调性允许连续油管与携带连续油管支撑吊臂角度的细长的构件之间的角度变化，由此允许在定位细长的支撑结构和卷筒时更大的灵活性。
[0015]在一种使用连续油管进行油井维护作业的方法和设备的可替代实施例中，带有连续油管导向件的注入器悬挂于起重机吊臂、可伸缩桅杆或其它细长的支撑结构，并且通过联接件与细长的支撑结构的末端耦接以在至少井口上方的连续油管注入器的运动期间，允许相对于起重机的连续油管注入器的相对旋转且同时抵抗弯曲。连续油管导向件没有安装到起重机的末端。联接件防止由于连续油管的张力而被施加到井口的弯曲力矩。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是用于在油或气井的孔中运行连续油管的设备的现有技术配置的透视图。
[0017]图2是用于在油或气井的孔中运行连续油管的设备的现有技术配置的透视图。
[0018]图3是用于引导安装到用于保持连续油管注入器的起重机的吊臂的连续油管的支撑的例子的透视图。
[0019]图4A和图4B是用于在两个不同位置连接连续油管支撑导向件至桅杆或起重机的吊臂的联接件的侧视图。
[0020]图4C和图4D是在两个不同位置或取向的图4A的联接件的底视图。
[0021]图5A和图5B是用于连接连续油管支撑导向件至桅杆或吊臂的替代联接件的侧视图。
[0022]图6A和图6B是连接到起重机的吊臂的连续油管支撑导向件的另一配置的侧视图和前视图。
[0023]图7是连接到起重机的吊臂的替代连续油管支撑导向件的侧视图。
[0024]图8A和图SB是与起重机的吊臂连接的连续油管支撑导的又一配置的前视图和侧视图。
[0025]图9是伸缩式桅杆的侧视图，连续油管支撑导向件附接于该桅杆，用于将连续油管喷注入器保持在井口上方，且连续油管单元定位成与桅杆和井口成一直线，但是在运载桅杆的车辆后方。
[0026]图10是附接至与起重机协力工作的桅杆的连续油管支撑导向件的另一替代实施例，该起重机支撑连续油管注入器。
[0027]图11是与图9的例子相比，用移动式的、自推进的起重机来替代伸缩式桅杆的替代实施例的侧视图。
[0028]图12是图11的部件的侧视图，该部件具有放置在起重机旁边而不是与起重机和井口成一直线的连续油管单元。
[0029]图13是起重机上连续油管支撑导向件的配置的另一替代实施例的侧视图，具有定位于井口和起重机之间的连续油管单元的连续油管注入器悬挂于该装置。
[0030]图14是起重机上连续油管支撑导向件的配置的另一替代实施例的侧视图，具有定位于起重机的井口相对面的连续油管单元的连续油管注入器悬挂于该装置。
[0031]图15A是在起重机吊臂的端部和连续油管注入器单元之间形成的抗弯曲联接件在第一不例的代表性环境中的侧视图。
[0032]图15B只是图15B的联接件的透视图。
[0033]图15C是图15A和图15B的联接件的侧视图，其未被附接到起重机。
[0034]图16A是在起重机吊臂的端部和连续油管注入器单元之间形成的抗弯曲联接件在第二示例的代表性环境中的侧视图。
[0035]图16B只是图16B的联接件的透视图。
[0036]图16C是图16B的详细透视图，其示出了在啮合和分离位置的联接件的两个环。
[0037]图17是用于计算在起重机旁边的连续油管单元上的侧向力在替代方法和设备的代表性环境中的透视侧视图，该起重机使用延伸臂以确保装配成线来抵消连续油管注入器的侧向力。
[0038]图18是示出起重机的布置相对于连续油管单元和用于提升或定位井口上方的油管注入器的井口的俯视图或平面图。
【具体实施方式】
[0039]在下面的描述中，相同的数字指代相同的元件。
[0040]在图3-17的每个例子中，用于将连续油管34注入井孔里的连续油管注入器18利用细长的支撑结构定位在井口的上方。这样细长的支撑结构的例子包括具有伸缩式吊臂38的起重机26。这样细长的支撑结构的另一个例子是伸缩式桅杆60，如图9-10所示。
[0041]连续油管单元通常包括框架18a，连续油管注入器头部18b被安装到该框架18a。然而，在其它实施例中，连续油管注入器可以包括更多部件，例如包括矫直机。在其它实施例中，该单元可以省略外部框架，如框架18a。在图3-14和16-17的例子中，连续油管进入安装在连续油管注入器18的框架18a的顶部的矫直机19。在图15A-15C的实施例中未示出矫直机，然而这样的实施例可适于容纳一个。油管离开矫直机并进入连续油管注入器头部的顶部。在这个例子中，连续油管注入器头部18b由用于将油管输送进和出井口的一对带有夹持器(未示出)的相对循环(endless)链构成。当被降低到井中时，连续油管34从卷筒10馈送至立管22。细长的支撑结构(如起重机的吊臂38或伸缩式桅杆60)用于定位井口上方的连续油管注入器18。连续油管注入器由通过主提升线44与细长的支撑结构的头部40连接的主钩42悬挂。主钩42的向上和向下运动是由主提升线44引导。细长的支撑结构的头部40通常包括至少一个槽轮45或者其他其他类型的轮子或滑轮，该轮可旋转地安装在轴上，围绕该轮运行提升线。
[0042]连续油管34在一端缠绕在存储卷筒(未示出)，如图1和图2中的卷筒10。另一端从存储卷筒向上路由(route)至连续油管导向件，在这个例子中，该导向件由拱形支撑导向件36构成，其有时被称为鹅颈管。当导向件成为连续油管注入器的顶部时，拱形支撑导向件36的半径支撑连续油管34，从而允许连续油管34的方向从存储卷筒的向上方向到向下方向的变化，以接收于连续油管注入器18的顶部。在卷筒的张力下，拱的半径或曲率允许方向上的变化，而不用折曲或其它过度损坏连续油管。(注意，当从卷筒上缠绕和解开或其它方式逐渐地弯曲若干圈时，连续油管被设计成塑形变形。)
[0043]根据特定的实施例，拱形支撑导向件36还可以包括一系列滚子，以在连续油管随着拱形支撑导向件36移动时减小与连续油管的摩擦力。在图3所示的实施例中，拱形支撑导向件36通常被设置成高于吊臂38并且与吊臂38成一直线。对准吊臂的吊臂轴线，使由连续油管的张力所引起的力的线大致与起重机的吊臂的轴线对准，从而导致大多数负载作为轴向负载由吊臂承载而任何剩余负载引起弯曲力矩。
[0044]在多个附图中所示的实施例中(包括图3所示)，连续油管支撑导向件通过可调节联接件46附接至起重机的吊臂。可替代地，连续油管支撑导向件以以下方式被附接至吊臂，即该方式不允许连续油管支撑导向件位置或取向被调整，使得当该导向件被附接时其与吊臂的中心轴线具有固定的关系。例如，油管支撑导向件的平面对准吊臂的中心轴线或与吊臂的中心轴线成固定的角度。在特定的实施例中，连续油管支撑导向件(如图3所示的一个)从起重机的吊臂或其它的细长的支撑结构是可拆开的或可移除的，以便允许更容易的运输。
[0045]可调节联接件(如联接件46)允许拱形支撑导向件或任何其他类型的连续油管支撑导向件的位置沿多个轴线进行调整。例如，可调节联接件可允许拱形支撑导向件36通过向前和向后倾斜来调整。这样允许更好地控制连续油管的路线并且提供了相对于连续油管的吊臂38的角度的可调性。在另一实施例中，可调节联接件可允许连续油管支撑导向件从吊臂的一侧移动或摆动到另一侧和/或被旋转，使得连续油管支撑导向件的平面与吊臂的轴线成一角度。这种能力允许起重机26的位置相对于连续油管单元12被改变。例如，如果油管导向件旋转约30度，起重机26 —般可沿连续油管单元12的侧面被定位。允许地面设备(连续油管单元和起重机和/或伸缩式桅杆)的多个位置会是有利的，尤其是井口的周围存在减小的间隙半径或设备的定位时存在其它限制条件的地方。
[0046]图4A、图4B、图4C和图4D示出了联接件46的基本部件的代表性示例。虽然参考安装在吊臂、桅杆或其它细长的支撑结构的一端的拱形导向件被示出和描述，但是该联接件可以适于其它类型的连续油管支撑结构，比如与其他附图有关的那些所示和所描述的。在这个例子中，联接件允许上下转动，以枢转或摆动到吊臂的任一侧，并且旋转使得连续油管支撑导向件线所在的平面可以被调整并与吊臂的轴线成一定角度被放置。在这个例子中，联接件包含由销表示的三个接头47、49和51，以及平行偏置连杆53，其允许油管支撑导向件绕大致水平轴线(第一轴线)上下枢转，绕第二轴线旋转或转动，并且一般来说，(根据第一接头47的位置)该联接件被竖直地取向并且围绕大致平行于第二轴线的第三轴线从一侧摆动到另一侧。
[0047]图5A和图5B示出了另一代表性示例联接件55，该联接件类似于联接件46，但它不从一侧摆动到另一侧。它省略了接头51和偏置连杆53，而用拱形支撑导向件连接至接头49。因此，该联接件只在两个自由度上是可调节的:它围绕着销形成的接头47上下移动，且围绕销形成的接头49旋转或枢转。虽然为了清楚起见进行了省略，但是实际上，联接件(如联接件46和55)可具有用于确保在油管运行时接头被锁定到位或阻挡转动的附加元件。此外，可以通过使用液压缸或其它类型的定位装置来远程地控制接头的位置。
[0048]虽然未示出，但是联接件的其它例子允许油管支撑导向件只在一个自由度上进行调整，或者在多于三个自由度上进行调整。
[0049]在图4A-D或图5A-B所示的方式中，将连续油管支撑导向件耦接至细长的支撑结构(如吊臂38)允许连续油管的卷筒被放置在起重机、伸缩式桅杆或其它类型的细长的支撑结构的任一侧、后面或前面。当连续油管34被张紧时，拉伸负载被传送至起重机26的吊臂38，并且未施加到悬挂于井孔上方的连续油管注入器18上。因此，拉伸负载可独立于连续油管注入器18被容纳。此外，在该示例中是拱形支撑导向件36的连续油管导向件支撑与起重机的吊臂38基本对准的情况下，由于张紧连续油管施加在起重机上的力主要是对吊臂38的轴向力。因此，起重机26更容易被控制，而不需要起重机操作员调整或移动吊臂以抵消负载。如果拱形支撑导向件36被定位成使得由连续油管中的张力所引起的负载力不与起重机吊臂38或其它细长的支撑结构的轴线对准，该细长的支撑结构可能遭受到向上和侧向的弯曲力矩。然而，大多数起重机和其他细长的支撑结构可以处理一些侧向载荷。可替代地，如果起重机能够处理由连续油管的张力所引起的横向或侧向载荷，起重机或其他细长的支撑结构可定位于井口周围的任何地方。
[0050]图6A和图6B是用于在井孔中运行连续油管的设备的配置的替代实施例的前视图和侧视图。此实施例示出类似于图3所示的导向件的拱形支撑导向件36。然而，在此实施例中，拱形支撑导向件36被固定或安装在起重机的吊臂38的一侧。虽然偏置配置会在起重机吊臂38中产生弯曲力矩，但是拱形支撑导向件上的大多数负载将被传递至吊臂作为轴向负载。类似于图3中所示的成直线的实施例，拉伸负载不会传递到连续油管注入器18和井口。例如，拱形支撑导向件可以通过联接件附接至吊臂，该联接件允许其向前和向后倾斜和旋转，类似于图3所示的实施例。然而，由于起重机吊臂的侧面上的油管导向件的配置，联接件允许旋转的能力可能被吊臂38限制。
[0051]图7示出了替代实施例，其中可转动轮50被用作油管支撑导向件而不是拱形支撑导向件36。可转动轮50被固定到图7中起重机的吊臂38的头部40，且通常被放置在吊臂38的上方。当连续油管34改变其从存储卷筒脱离的方向到向下方向的方向时，可转动轮50支撑连续油管34，在所述向下方向连续油管34可被接收于连续油管注入器18的顶部。可转动轮的半径在连续油管34中产生足够的拱以允许方向的变化。然而，半径足够大，使连续油管不能折曲或以其它方式损坏。如图3的拱形支撑导向件，轮50通过用于允许其位置或取向被调整的联接件46附接至吊臂。例如，类似于图4A、图4B、图5A和图5B中所示的联接件可以提供轮的位置和对准的可调性，这样允许一定数量的自由度，也就是可以通过允许轮与起重机的吊臂的中心轴线成一定角度来放置用于连续油管的存储卷筒至起重机的一侧或另一侧。然而，可替代地，轮可以以这样的方式安装，即轮与起重机的中心轴线具有固定的关系。
[0052]如图8A和图SB所示，可转动油管导向件50可替代地被附接至起重机吊臂38或其它细长的支撑结构(比如伸缩式桅杆)的一侧。
[0053]参照图9，在另一替代实施例中，连续油管导向件结构可以被放置在伸缩式桅杆上，该伸缩式桅杆是细长的支撑结构的另一例子。在这个例子中，伸缩式桅杆60支撑可转动油管支撑轮50，如在图8A和图SB中所示。可转动轮也可以以一种类似于图7中附接至起重机吊臂38的方式安装到桅杆60。类似于起重机吊臂38，伸缩式桅杆60将主要经受由连续油管34引起的拉伸负载。既不是连续油管注入器18，也不是井口经受显著部分的负载。在某些实施例中，伸缩式桅杆可以是移动的，并被安装在车辆(如挂车62)上，如图所
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[0054]现参照图10。在此实施例中，伸缩式桅杆60支撑拱形支撑导向件36，该拱形支撑导向件利用图7所示类型的联接件46安装到伸缩式桅杆60的头部，以允许它被调整。在这个例子中，它可以如与图4A-D或图5A和图5B有关的描述进行调整。然而，如在图3的实施例中，联接件可允许在一个或更多个自由度上调整。在此实施例中，起重机26被定位在伸缩式桅杆挂车62与卷筒10 (其是连续油管单元12的一部分)的对面，并支撑连续油管注入器18。但是，它可以被定位在井口附近的任何地方。在这个例子中，伸缩式桅杆60只用来支撑和定位连续油管支撑导向件，如拱形支撑导向件36。在替代实施例中，注入器18可通过桅杆60悬挂而不需要起重机。应当注意的是，本公开中所述和所示的其它实施例可以采用单独的起重机或其它提升与支撑装置以支撑连续油管注入器18，而连续油管支撑导向件被附接于单独的细长的支撑结构(如起重机吊臂38或伸缩式桅杆60)，它是拱形支撑导向件36或可转动轮50 (如图7中所示的一个)还是适合于连续油管的其它类型的支撑导向件。
[0055]图11示出了连续油管单元12 (且因此同样的卷筒10)和起重机26的相对位置的例子。在此实施例中，起重机26被定位在连续油管单元12的前方，大致与井口和连续油管部件12之间的假想线对准。因此，由连续油管上的张力所施加在起重机起吊臂38上的力与起重机吊臂38的轴线在相同平面上。
[0056]但是，在某些油井维修作业中，离地间隙限制会要求卷筒10和起重机26被大致并排(side-by-side)定位。这种结构示于图12中。在这种结构中，联接件(如联接件46)可以用来旋转连续油管支撑导向件(例如，拱形支撑导向件36或可旋转轮50)。由于承载卷筒10的连续油管单元12定位在起重机的侧面，连续油管支撑导向件的平面将需要相对于起重机吊臂38的轴线向上旋转。允许连续油管支撑导向件被旋转的联接件的这种可调节性允许连续油管34自存储卷筒10被放置以适当地通过油管导向件支撑。因此，连续油管导向件结构可以通过起重机吊臂38完全地支撑，而不用起重机吊臂38与从存储卷筒10向上延伸的连续油管34对准。
[0057]现在参考图13。所示的实施例类似于图7中所示的实施例,其中连续油管单元12被定位在井口和起重机26之间，大致沿起重机和井口之间的线。虽然轮50被用作连续油管支撑导向件，但是拱形支撑导向件可以取而代之。类似地，伸缩式桅杆也可以代替起重机26被采用。
[0058]现在参考图14。在这个例子中，安装于起重机吊臂38的拱形支撑导向件36被定位以允许连续油管单元12大致根据起重机吊臂38定位在井口的对面。联接件46附接拱形支撑导向件36至吊臂的头部40。可替代地，可转动轮50可附接于吊臂38，或代替起重机可使用伸缩式桅杆60。在这个例子中，如果卷筒10、井口和起重机彼此之间一般成一直线，那么由连续油管34中的张力所引起的负载主要是吊臂38上的向下弯曲力矩，其通常在该连续油管的轴线的竖直平面中。
[0059]现在参照图15A-15C和16A-C，其示出在井口上的连续油管注入器的常规吊装期间，用于减轻井口上的弯曲负载的装置和方法的替代实施例。在这些实施例中，抗弯曲联接件形成于细长的支撑结构(例如，起重机吊臂、可伸缩桅杆或类似结构)的端部和连续油管注入器单元之间。一旦抗弯曲联接件的两个构件发生联接，抗弯曲联接件将从细长的支撑部件的头部到立管22的顶部形成刚性连接。至少在期望的负载期间，刚性连接防止连续油管34上的张力引起井口的弯曲力矩发生或基本上限制弯曲量到别的可接受水平。然而，在这些例子中的抗弯曲联接件允许连续油管注入器18相对于细长的支撑结构的相对旋转。在用细长的支撑结构朝向井口抬起并操纵连续油管单元期间，连续油管注入器单元相对于细长的支撑结构旋转的自由允许连续油管注入器18，并且特别是附接到该注入器的油管支撑导向件16,相对于卷筒10保持相同的方向。
[0060]在这两个示例实施例中，抗弯曲联接件是由两个联接构件组成。上部联接构件连接到细长的支撑结构，且下部联接构件与连续油管单元相连接。从细长的支撑结构向下延伸的提升线被连接到下部联接构件或连续油管注入器。提升线用于从拖车的背面或其它位置提升连续油管注入器，在此位操纵该注入器以用于放置在井口的顶部。当准备好连接到井口时，下部联接构件被提升以与上部联接构件接合。在该例子中，联接构件结合所沿的表面为圆形的横截面，从而允许旋转。在这两个实施例中，通过各自的联接构件所定义的中心轴线彼此一致，以及与从井口 20沿立管延伸到槽轮、滑轮或轮、绞盘或细长的支撑结构的头部的其它连接点的轴线一致。
[0061]在图15A-C的实施例中，联接构件的配合或接合表面是圆柱形的，其中一个构件安置于另一个的内侧。当两个构件被耦接以协作抵抗联接件的大幅度弯曲时，构件的圆柱形部分的长度足够用于那些表面彼此接合的部分。在图16A-C中的实施例中，通过使用提升线拉动底部联接构件，直到互补的配合面倾斜于每一个联接构件接触面上的每一个中心轴线，并且利用提升线上的张力保持这种接合来抵抗弯曲。
[0062]在吊装期间，顶部联接件被附接至起重机吊臂、桅杆或其它的用于移动到连续油管注入器井口并且支撑在连续油管注入器井口上的细长的支撑构件。底部联接件在地面上或拖车上时被连接到连续油管注入器。然后，提升线连接到底部联接件或连续油管注入器上的提升点。在该点处，细长的支撑构件的端部通常比连续油管注入器的顶部远高于地面。当连续油管注入器准备好定位于井口上时，提升线用于提升连续油管注入器直到底部联接件与顶部联接件接合或耦接。当提升线降低时，底部和顶部联接构件将分离。在这些例子中，除了提升线之外，没有装置或机构需要在联接构件被耦接之后连接两个联接构件。替代地，这样的装置或机构可以使用。
[0063]参照图15A-C的实施例，联接组件52连接连续油管注入器18至起重机吊臂34的头部40。起重机吊臂34试图代表细长的支撑结构。联接组件从头部40到立管22的顶部形成刚性连接。该刚性连接避免在井口上产生弯曲力矩，否则将会导致，正是连续油管注入器18允许从卷筒10产生的拉力以简单的悬挂形成主提升线，因为它盘绕缠绕在卷筒的滚筒上的油管并维持用于保持适当地缠绕在卷筒上的油管的必要的连续油管34上的张力。
[0064]在这个例子中，例如，由一短段管制成的圆柱形构件56包括顶部联接构件。底部联接构件由中空的圆柱形构件58构成，其也可以由一段管制成。它具有带有内径的内圆柱形表面，其中该内径大于圆柱形构件56的圆柱形外表面的外径。当联接件沿两个圆柱形构件的公共中心轴线被拉至一起时，使得它们至少部分地重叠，中空的圆柱形构件58的至少一部分内表面围绕并接合圆柱形构件56的至少一部分外表面。这些部分将在本文中称为接合表面。只要圆柱形构件56和58保持接合，在保持联接件抵抗由连续油管上的张力引起的负载时，它们就可相对于彼此旋转，并且相对于彼此轴向平移，否则将允许在立管22和井口 20上产生弯曲力矩。然而，注意，某些弯曲可能是由于汽缸之间的间距而发生的。这样的间距可能存在以允许圆柱形构件耦接，并且然后相对于彼此轴向地和旋转地运动。
[0065]圆柱形构件56通过连接叉(yoke)60附接于头部40。在这个例子中，连接叉被附接至槽轮45的延长的负载轴47的端部。然而，不同的结构可用于附接圆柱形构件至起重机或至桅杆或其他细长的支撑结构。圆柱形构件58通过框架62连接到连续油管注入器18的顶部，并且被支撑在连续油管注入器18的顶部的上方。提升钩42被连接到钩或连接到闩锁构件64，该闩锁构件连接到框架或者框架的部分。框架62提供足够的间隙，以允许油管支撑导向件16连接到连续油管注入器18的顶部。
[0066]在这个例子中，框架62通过平衡机构连接到框架18a的顶端，该平衡机构允许连续油管注入器18的位置可以相对于在附接钩42的提升点从一侧到另一侧转移，使连续油管注入器单元的重心直接在提升点之下，从而补偿延伸至一侧的油管支撑导向件16的重量。在此例子中，该平衡机构允许连续油管注入器18相对于通过已安装一个或更多个导向件66和多个滚子68框架62的平移运动。导向件66连接至框架62，且滚子68连接至连续油管注入器18的框架18a。一旦连续油管注入器单元定位正确，则它被销连接、螺栓连接或其它方式固定到框架62。
[0067]图16A-C示出了替代实施例，其中抗弯曲联接件由一对同心环70和72组成。在此例子中，虽然所述环具有圆柱形的接合表面，但它们太短而不能提供抵抗弯曲。所述环包括同心圆柱形表面70a和72a，其具有共同的中心轴线，当连续油管注入器18自由地挂于钩42时,所述表面一般竖直的对齐。所述环还分别存在相对于圆柱形表面70a和72a定向成倾斜角度的配合表面70b和72b。在此例子中，它们一般是位于垂直于圆柱形表面70a和72a的平面内。当两个环被拉到一起以至少沿着配合表面70b和72b接合，且然后保持在该位置中时，联接件抵抗弯曲。至少当同心圆柱形表面70a和72a接合时，它们保持配合表面的对齐，且在耦接过程期间趋于帮助对齐。替代地，而不是具有两个接合、配合或其它方式协作的表面，每个环可以呈现出另一环单个互补表面，其中另一个将接合该单个互补表面以抵抗弯曲。例如，这个表面可以是圆锥形的形状，这将作用于引导和居中两个环，以及提供抵抗联接件的两部分上的弯曲力矩的配合表面。
[0068]至少在两个环接合前以及环接合后，旋转是可能的，这取决于摩擦量。两个环相对于彼此的平移运动通过升高和降低钩42来实现。
[0069]钩42连接到平衡系带76，该平衡系带76进而连接到矫直机19的框架，该框架进而连接到连续油管注入器单元的框架18a。如果没有包括矫直机，则平衡系带76将直接连接到连续油管注入器18的框架18a。平衡系带76允许连续油管注入器18和矫直机19的位置移动，使得其重心与提升点(钩42连接到平衡系带的点)对齐。
[0070]在此例子中，框架78连接下部环72至连续油管注入器18，或包括矫直机19时连接至矫直机19的框架的顶部，其进而以固定的关系连接到连续油管部件的框架18a。连接叉80连接上部环70至槽轮45的延伸的负载轴47。
[0071]图17的实施例不包括联接件，但允许附接至油管支撑导向件16的连续油管注入器18以常规的方式挂于主提升线44。安装于头部40的延伸臂82，安装于臂的一端的滑轮或槽轮84以及线围绕滑轮或槽轮运行。线连接到油管支撑导向件16以施加力，该力抵消可能引起立管22和井口 20上的弯曲力矩的连续油管34的张力。
[0072]现参考图18，为了在油和气井上使用图3-17所示的典型配置执行服务，细长的支撑结构(例如起重机26、伸缩式桅杆或其他结构)被运送到现场并安装于靠近井口 20的位置，且连续油管支撑导向件安装于细长的支撑结构。同样运送到现场的是连续油管的卷筒10、连续油管注入器18和一个或更多个防喷装置、立管和用于连接连续油管注入器至井口的需要的其它设备和工具以及电源包和用于操作卷筒和注入器的控件。虽然存在许多不同的方式以及设置此设备以执行井上服务，这部分取决于将要执行的服务的类型，该过程一般涉及(没有特定的顺序):连接防喷装置和立管至井；从卷筒馈送连续油管至连续油管支撑导向件上的注入器；以及采用起重机、伸缩式桅杆或者其它类型的细长的支撑结构来提升注入器于井口上方适当的位置。一旦注入器连接至井口并且连续油管的自由端与工具连接，然后注入器被操作以运行连续油管进入井孔且从井孔提升出来，且当连续油管缠绕至卷筒或从卷筒解开时，连续油管的存储卷筒连同注入器一起被操作以保持连续油管的至少预定张力。
[0073]图18示出了相对于连续油管单元12的卷筒10和井口 20的起重机26的基座或其它细长的支撑结构的基座的优选放置。例如，当连续油管注入器18最初被起重机26悬挂于拖车11的背面时，其吊臂38的位置由线88表示。当连续油管注入器18由起重机操纵且被连接到井口 20时，吊臂的取向由线88表示，该线是吊臂附接的起重机的基座与井口之间延伸的线。在连续油管卷筒10和井口 20之间延伸的线90通常表示连续油管34的路径，并且也因此表明通过连续油管的张力所产生的力的方向。形成于线88和90之间的角度92，在第一实施例中优选是不大于70度，在第二实施例中优选是不大于30度，以及在第三实施例中优选是不大于20度。
[0074]前面所描述的是示例性实施例。对所公开的实施例的变更和修改可以在不背离以示例所教导的本发明的情况下作出。在本说明书中使用的术语的含义，除非另有说明，意在具有普通和通常的含义，并且不旨在限于所示结构或所公开的实施例的细节。
【权利要求】
1.一种用于从吊臂或桅杆联接连续油管注入器的装置，用于将所述连续油管注入器定位在井口上方，该装置包括: 适于连接到连续油管注入器单元的第一结构，所述第一结构包括具有带有圆柱形内表面的开口的第一联接构件； 适于连接到细长的支撑件的端部的第二结构，所述第二结构包括第二联接构件，该第二联接构件具有圆柱形外径，用于定位在所述第一联接构件的所述开口的所述圆柱形内表面内并且紧密配合抵靠所述第一联接构件的所述开口的所述圆柱形内表面，所述第二联接构件具有开口，其中线可以穿过该开口用于连接至所述第一结构。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一和第二联接构件是细长的并且沿轴线相对于彼此自由移动预定距离，而没有脱离，所述轴线与所述第一联接构件的所述开口的所述圆柱形内表面和所述第二联接构件的所述圆柱形外表面二者的中心轴线是一致的。
3.—种从细长的支撑构件联接连续油管注入器的装置，用于将所述连续油管注入器定位在井口上方，该装置包括: 适于连接到连续油管注入器单元的第一结构，所述第一结构包括第一联接构件，该第一联接构件具有环形形状和开口，其中提升线可以穿过该开口 ； 适于连接到所述细长的支撑构件的端部的第二结构，所述第二结构包括第二联接构件，该第二联接构件具有环形形状和开口，其中所述提升线穿过该开口用于连接至所述第一结构； 其中所述第一和第二联接构件每个均包括用于配合以允许所述第一和第二联接构件围绕中心轴线的相对旋转且沿着所述中心轴线抵抗所述联接件的弯曲的互补配合表面。
4.根据权利要求1至3任一项所述的装置，其中所述第二结构适于连接至所述吊臂或桅杆上的槽轮轴。
5.一种用于从吊臂或桅杆悬挂于井口上方的连续油管注入器组件，其包括: 安装于框架内的连续油管注入器； 与所述框架相连接的连续油管导向件； 连接所述框架与伸缩式吊臂或桅杆的抗弯曲联接件结构，在吊装所述连续油管注入器至所述井口期间，所述抗弯曲联接件结构适于允许所述连续油管注入器关于所述吊臂或桅杆的相对旋转。
6.根据权利要求5所述的连续油管注入器组件，其中所述抗弯曲联接件结构适于允许沿轴线的平移运动，其中在吊装期间，所述联接件允许所述连续油管注入器关于所述吊臂或桅杆绕该轴线的相对旋转。
7.根据权利要求5所述的连续油管注入器组件，其中所述抗弯曲联接件结构包括: 适于连接到连续油管注入器单元的第一结构，其包括第一联接构件，该第一联接构件具有带有圆柱形内表面的开口； 适于连接到所述细长的支撑构件的端部的第二结构，所述第二结构包括第二联接构件，该第二联接构件具有圆柱形外径，用于定位在所述第一联接构件的所述开口的所述圆柱形内表面内并且紧密配合抵靠所述第一联接构件的所述开口的所述圆柱形内表面，所述第二联接构件具有开口，其中线可以穿过该开口用于连接至所述第一结构。
8.根据权利要求7所述的连续油管注入器组件，其中所述第一和第二联接构件是细长的并且沿轴线相对于彼此自由移动，而没有脱离，所述轴线与所述第一联接构件的所述开口的所述圆柱形内表面和所述第二联接构件的所述圆柱形外表面二者的中心轴线是一致的。
9.根据权利要求5所述的连续油管注入器组件，其中所述抗弯曲联接件包括: 适于连接到连续油管注入器单元的第一结构，其包括第一联接构件，该第一联接构件具有环形形状和开口，其中提升线可以穿过该开口 ； 适于连接到所述细长的支撑构件的端部的第二结构，所述第二结构包括第二联接构件，该第二联接构件具有环形形状和开口，其中所述提升线可穿过该开口用于连接所述第一结构； 其中所述第一和第二联接构件每个均包括用于配合以允许所述第一和第二联接构件围绕中心轴线的相对旋转且沿着所述中心轴线抵抗所述联接件的弯曲的互补配合表面。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的连续油管注入器组件，其中所述抗弯曲联接件适于连接到所述吊臂或桅杆上的槽轮轴。
11.一种用于将连续油管注入井孔和从所述井孔撤回所述连续油管的方法，其包括: 连接抗弯曲联接件的上半部分到用于定位井口上方的连续油管注入器的细长的支撑构件； 连接抗弯曲联接件的下半部分； 在井口附近定位连续油管的卷筒及连续油管注入器单元；以及 从所述桅杆或吊臂连接提升线至用于提升所述下联接件和连续油管注入器的提升占.利用提升线提升所述连续油管注入器直到所述下联接件与所述上联接件接合或耦接；以及 操纵所述连续油管注入器单元至所述井口上方的位置。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述抗弯曲联接件包括: 适于连接到连续油管注入器单元的第一结构，其包括第一联接构件，该第一联接构件具有带有圆柱形内表面的开口； 适于连接到所述细长的支撑构件的端部的第二结构，所述第二结构包括第二联接构件，该第二联接构件具有圆柱形外径，用于定位在所述第一联接构件的所述开口的所述圆柱形内表面内并且紧密配合抵靠所述第一联接构件的所述开口的所述圆柱形内表面，所述第二联接构件具有开口，其中线可以穿过该开口用于连接至所述第一结构。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述抗弯曲联接件包括: 适于连接到连续油管注入器单元的第一结构，其包括第一联接构件，该第一联接构件具有环形形状和开口，其中提升线可以穿过该开口 ； 适于连接到所述细长的支撑构件的端部的第二结构，所述第二结构包括第二联接构件，该第二联接构件具有环形形状和开口，其中所述提升线可穿过该开口用于连接所述第一结构； 其中所述第一和第二联接构件每个均包括用于配合以允许所述第一和第二联接构件围绕中心轴线的相对旋转且沿着所述中心轴线抵抗所述联接件的弯曲的互补配合表面。
14.一种用于将连续油管注入井孔和从所述井孔撤回所述连续油管的方法，其包括: 在井口附近定位连续油管的卷筒以及连续油管注入器单元； 放置基座，细长的支撑结构能够绕该基座在所述井口和所述注入器中的连续油管附近枢转； 用所述细长的支撑结构的自由端拾取所述连续油管注入器单元，并且操纵所述连续油管注入器单元至所述井口上方的位置，用于连接至所述井口 ； 其中在从所述细长的支撑结构的所述基座和所述井口延伸的线与井口和所述连续油管卷筒之间的线之间所形成的角度不大于70度。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括:使用抗弯曲联接件将所述连续油管注入器联接到所述细长的支撑结构的所述自由端。
16.根据权利要求14所述的方法，其中在所述注入器单元的操纵期间，连续油管在固定于所述连续油管单元的支撑导向件上方延伸于所述卷筒和所述连续油管注入器单元之间，并且其中所述连续油管注入器单元和所述细长的支撑结构之间的所述抗弯曲联接件允许所述连续油管单元关于所述细长的支撑结构相对旋转，因此，在操纵期间，允许所述支撑导向件保持定位在所述卷筒和连续油管注入器之间。
17.一种用于支撑注入到井孔和从所述井空撤回的连续油管的装置，其包括:适于安装与第一端相对的在细长的支撑结构的头部的连续油管导向件结构，用于在连续油管定位到井口上方时支撑在存储卷筒和连续油管注入器之间延伸的连续油管，因此，由所述连续油管上的张力所引起的所述连续油管导向件上的负载经由所述连续油管注入器转移至所述细长的支撑结构，而不是至所述井口。
18.根据权利要求17所述的装置，其中所述连续油管通过所述细长的支撑结构支撑的连续油管注入器被注入到所述井孔中。
19.根据前述权利要求17-18中任一项所述的装置，其中所述细长的支撑结构由起重机的吊臂构成。
20.根据前述权利要求17-19中任一项所述的装置，其中所述细长的支撑结构由伸缩式桅杆构成。
21.根据前述权利要求17-20中任一项所述的装置，其中所述连续油管导向件结构与所述细长的支撑结构的中心轴线在同一竖直平面内对齐。
22.根据前述权利要求17-21中任一项所述的装置，其中所述连续油管导向件结构偏离到所述细长的支撑结构的一侧。
23.根据前述权利要求17-22中任一项所述的装置，其中所述油管导向件由可转动轮组成。
24.根据权利要求23所述的装置，其中所述可转动轮与所述细长的支撑结被布置成一直线。
25.根据权利要求24所述的装置，其中所述可转动轮偏离到所述细长的支撑结构的一侧。
26.一种装置，其包括: 与井的井口相连的连续油管注入器； 卷筒，连续油管从该卷筒解开并且在油管导向件支撑结构上方被旋入所述连续油管注入器；和 细长的支撑结构，其用于将所述油管导向件支撑结构定位在所述连续油管注入器上，而不用固定所述连续油管支撑导向件至所述连续油管注入器。
27.根据权利要求26所述的装置，其中所述油管导向件独立于与所述井孔相关联的井口被支撑。
28.根据权利要求26所述的装置，其中所述连续油管支撑导向件通过用于允许所述连续油管支撑导向件相对于所述细长的支撑结构的取向进行调整的联接件耦接于所述细长的支撑结构。
29.一种用于将连续油管注入井孔和从所述井孔撤回所述连续油管的方法，其包括: 在井口附近定位保持连续油管的存储卷筒； 定位连接到所述井口附近的细长的支撑结构的第一端的基座，以及定位已经安装到所述井口上方的连续油管支撑导向件的第二、自由端； 从所述存储卷筒延伸所述连续油管，并用所述油管导向件支撑所述连续油管，所述连续油管支撑导向件形成所述连续油管中的拱；以及 将连续油管注入器连接井口，从所述存储卷筒延伸所述连续油管到所述连续油管支撑导向件上，并且延伸进入所述连续油管注入器，所述细长的支撑结构保持所述连续油管支撑导向件在所述连续油管注入器的上方，而没有与所述连续油管注入器相连。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述连续油管注入器悬挂于从所述细长的支撑结构延伸的线。
31.根据权利要求29-30中任一项所述的方法，其中所述基座定位在所述存储卷筒和所述井口之间。
32.根据权利要求29-30中任一项所述的方法，其中所述基座定位在所述井口的与所述存储卷筒相对的相对侧。
33.根据权利要求29-30中任一项所述的方法，其中所述基座定位在与所述存储卷筒的一侧毗邻。
34.根据前述权利要求29-33中任一项所述的方法，还包括操作所述连续油管注入器以运行所述连续油管进和出所述井口，进入井孔，并且操作所述存储卷筒以维持在所述存储卷筒和所述连续油管注入器之间延伸的所述连续油管上的至少预定张力。
【文档编号】E21B19/22GK104302866SQ201380012436
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年1月5日 优先权日:2012年1月5日
【发明者】M·X·陆, J·E·古德 申请人:美国国民油井华高公司