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。
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us8844616和us20140124218。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。
技术实现要素:
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。
一方面提供了用于起钻柱或其他管柱的方法(套管是管柱的另一个示例)。管柱可以包括联接在一起的分开的部段,或者可以是连续的管柱(例如,任意长度的端部对端部焊接的一系列钻管)。用于起管柱的方法可以包括提供支承多个升降机的循环构件,使循环构件移动以使升降机沿着闭合路径循环。在使循环构件移动的同时,升降机中的第一升降机可以在第一位置处接合管柱,并且升降机中的第二升降机可以在第二位置处接合管柱。第一位置和第二位置可选地对应于钻柱的第一钻具接头和第二钻具接头。钻柱的重量首先被支承在升降机的第一升降机上,然后被转移至升降机的第二升降机。该方法可以可选地包括额外的步骤。下面描述各种额外的步骤。本领域技术人员将理解的是,以下步骤可以以任何逻辑组合或顺序添加到用于起钻柱的方法中。
在一些实施方式中,在将钻柱的重量转移到升降机中的第二升降机之后,断开包含第一钻具接头的钻柱部段与包含第二钻具接头的钻柱部段连接。断开连接可以包括用辅助夹爪夹持第二钻具接头、用旋转夹爪夹持钻柱部段、以及使旋转夹爪相对于辅助夹爪转动。断开连接可以是在使循环构件移动的同时执行的,使得升降机中的第二升降机在连接被断开时提起钻柱。
在一些实施方式中,在断开连接之后,将管柱部段转移到管道处理系统。在一些实施方式中,钻柱部段可以运送到路径的背侧,并且在路径的背侧上,钻柱部段可以转移至管道处理系统。将钻柱部段转移至管道处理系统可以包括将钻柱部段的底端降低到管道处理系统的端部止动件上,并且允许升降机中的第一升降机与端部止动件的相对运动,以将第一钻具接头相对于升降机中的第一者提起。在将钻柱部段的底端降低到端部止挡件上时,端部止挡件可以沿大致向下的方向移动。
在一些实施方式中,在将钻柱的重量转移至升降机中的第二升降机之前,接通包含第一钻具接头的钻柱部段与包含第二钻具接头的钻柱部段的连接。可以从循环构件的下方输送包含第二钻具接头的钻柱部段。替代性地,可以从循环构件输送包含第二钻具接头的钻柱部段。连接可以在使循环构件移动的同时执行,使得升降机中的第一升降机在接通连接时降低钻柱。
在一些实施方式中,接通及断开单元与升降机中的每个升降机一起运送,并且断开连接由与升降机中的第二升降机的对应的接通及断开单元执行。
在一些实施方式中,当在多个升降机中的第一升降机上支承钻柱时,顶部驱动器联接至循环构件,并且顶部驱动器的套筒联接至钻柱的井上端处的联接器。在顶部驱动器的套筒联接至钻柱的井上端的情况下,顶部驱动器操作或保持成在使循环构件移动的同时驱动钻柱以进行钻孔(如果提供井下马达以驱动钻头,则可以在不使钻柱旋转的情况下推进钻孔)。钻柱的重量转移至多个升降机中的第二升降机,顶部驱动器的套筒与钻柱分离并且顶部驱动器与循环构件分离。可选地,在钻柱支承在多个升降机中的第一升降机上时,循环构件可以操作成使钻柱在钻孔中移动。该运动可以包括钻柱的往复运动。在一些实施方式中,通过将顶部驱动器附接至升降机或十字头来将升降机连接至循环构件。
在一些实施方式中,将钻柱的重量转移至升降机中的第二升降机上可以包括使升降机相对于彼此移动。升降机可以悬挂于将升降机连接至循环构件的枢转联接器上,并且将钻柱的第一钻具接头与升降机中的第一升降机接合可以包括使升降机中的第一升降机围绕其连接至循环构件的连接点枢转。在将钻柱的重量转移至升降机中的第二升降机时,钻柱可以以0至5英尺/秒(大约0至11/2米/秒)的范围内的速度纵向地移动。
在一些实施方式中,在断开连接之前,钻柱可以穿过泥罐的腔。泥罐可以定位成大致围绕该连接部。不需要分裂泥罐,泥罐的腔可以由管状本体限定。溢出的钻探流体可以通过重力排放、抽吸、泵送或其组合而在断开连接时从泥罐的腔中移除。在一些实施方式中,在断开连接之前,第一密封件围绕第一钻柱部段的外周膨胀以及/或者第二密封件围绕第二钻柱部段的外周膨胀。在断开连接后,泥罐可以移动经过多个升降机中的第二升降机,而不需要将泥罐从管柱移除。在一些实施方式中,这包括使升降机中的第二升降机倾斜。在其他实施方式中,这包括使泥罐穿过多个升降机中的第二升降机中的开口,其中,开口足够大以允许泥罐穿过升降机而不是将泥罐从钻柱移除。
在一些实施方式中,循环构件可以包括被支承以用于在塔架上循环的一对平行链环。所述一对平行链环中的每一者可以由对应的驱动链轮驱动。
本发明的另一方面提供钻探设备。钻探设备可以包括:塔架;一对平行链环,所述一对平行链环被支承以用于在塔架上循环;驱动器,所述驱动器连接成使链环循环;多个十字头,所述多个十字头在沿着链环间隔开的位置枢转地连接链环之间,并且所述十字头中的每个十字头支承用于钻柱的升降机;以及一个或更多个致动器,所述一个或更多个致动器联接成调节每个升降机相对于链环的高度。该设备可以可选地包括额外的特征。下面描述各种额外的特征。本领域技术人员将理解的是,下面的特征可以以任何逻辑组合添加到钻探设备中。
在一些实施方式中,链环由链环所遵循的路径的顶端处的一对顶部链轮支承,并且塔架构造成在顶部链轮之间提供开口,该开口从顶部链轮的顶部之上的位置竖向延伸了下述距离:该距离足以使由十字头中的一个十字头的升降机悬挂的管柱部段在十字头与链环的附接点越过顶部链轮时穿过。开口可以从顶部链轮的顶部边缘竖向向下延伸了至少10米的距离。在一些实施方式中,开口在顶部链轮的顶部下方延伸了20米或更多。
在一些实施方式中,十字头中的每个十字头包括分别联接至第一链环和第二链环的第一枢转联接器和第二枢转联接器以及悬挂于第一枢转联接器和第二枢转联接器的平台,平台具有开口,该开口从平台的边缘延伸至联接器的枢转轴线正下方的位置。平台可以通过附接至平台并且以可滑动的方式联接至枢转联接器的可延伸梁联接至枢转联接器。例如,平台的每个侧部可以通过一对间隔开的线性轨道或通过伸缩梁联接至枢转联接器中对应的一个枢转联接器。所述一个或更多个致动器中的一者可以位于成对的线性导轨中的每对线性导轨中的线性导轨之间。致动器可以作用在联接成对的线性轨道对中的每对线性导轨中的线性轨道的桥接部上,以选择性地使平台朝向联接器的枢转轴线升高或使平台降低远离联接器的枢转轴线。线性轨道可以延伸穿过附接至枢转联接器的导向管,并且导向管包括间隔开的衬套或轴承。
在一些实施方式中,链环中的每个链环包括由横向延伸的销联接的相对的纵向延伸的板,并且枢转联接器各自包括销中的一个销,所述一个销是具有纵向延伸穿过销的孔的中空销。在一些实施方式中,球轴承位于板之间的孔中,并且由球轴承将突出部联接至销。通道可以延伸穿过枢转联接器中的至少一个枢转联接器中的突出部,通道连接成向被支承在十字头上的一个或更多个装置供给动力。在一些实施方式中,通道在突出部的轴向中心线上延伸,并且钻探设备包括旋转联接器,该旋转联接器连接成将通道流体联接至沿着链延伸的液压管道。销优选地包括滚子。
在一些实施方式中,钻探设备包括致动器,致动器连接成使十字头围绕枢转联接器的枢转轴线倾斜。
在一些实施方式中,钻探设备包括顶部驱动器,该顶部驱动器包括套筒、第一联接器以及第二联接器,套筒能够操作成驱动钻柱的旋转,第一联接器和第二联接器分别能够操作成将顶部驱动器以可拆卸的方式联接至第一链环和第二链环。链环可以各自包括横向延伸的纵向间隔开的销,并且第一联接器和第二联接器各自包括从顶部驱动器突出并且能够接合在链环中的一个连环的相邻的销之间的可旋转构件,可旋转构件的端部具有相对的突出的耳部,其中,耳部的外边缘之间的尺寸超过相邻的销之间的间距。销的端部可以形成为在与耳部的突出成直角的方向上渐缩。可旋转构件的从耳部向内的表面的半径可以匹配于销的曲率半径。特别地,耳部的在多个平面上的半径可以产生与销匹配的复合曲线。轨道可以以与链环平行的延伸,其中,顶部驱动器以可滑动的方式安装至轨道并且轨道枢转地联接至塔架。提升件可以联接至顶部驱动器并且操作成将顶部驱动器从轨道提起。
在一些实施方式中,驱动器连接成通过接合链环的外部侧的驱动链轮来驱动链环。驱动链轮可以各自位于一对空转轮之间,空转轮安装在对应的链环的内部。在替代实施方式中,一个或更多个驱动链轮位于链环中的每个链环的内部。在一些实施方式中,提供用于驱动链环的两个驱动马达,并且这两个驱动马达同步。所述两个驱动马达可以例如通过连接至这两个驱动马达中的每个驱动马达的链或共用的旋转轴(例如通过角度驱动器)机械地同步。所述两个驱动马达也可以电气地同步。
在一些实施方式中,链环遵循平行路径,并且路径中的每个路径均具有直的部段。两个直的部段(即,每条链环的直的部段)之间的中线可以与井筒对准。直的部段可以至少与钻柱部段一样长。在一些实施方式中,直的部段的长度至少为50英尺(大约15米),并且可能比该长度长得多。
在一些实施方式中,链环运送四个十字头,并且所述四个十字头沿着链环等距地间隔开。十字头可以沿着链环间隔开下述距离:该距离大约等于将要由设备处理的管件的长度的倍数。
在一些实施方式中,升降机安装成相对于十字头旋转,并且升降机的旋转中心对应于由升降机支承的钻柱部段的中心线。
在此处描述的一些实施方式中,所述升降机中的一个或更多个升降机可以包括第一支承构件和第二支承构件,第一支承构件和第二支承构件各自枢转地安装至基部,以围绕相应的水平枢转轴线旋转,第一支承构件和第二支承构件能够围绕其相应的水平枢转轴线在接合支承构型与打开构型之间枢转地旋转,在接合支承构型中,第一支承构件和第二支承构件的邻接边缘的部分各自限定下述开孔的对应部分:该开孔定尺寸成穿过沿着中心线延伸的大致竖向的钻杆,并且第一构件和第二构件中的每一者的顶部面均限定用于支承钻柱部段的接合支承表面的围绕开孔周向延伸的对应部分。在打开构型中,第一支承构件和第二支承构件中的每一者的顶部面彼此间隔开足以使沿着中心线延伸的竖向钻杆穿过的距离。基部以及处于打开构型的第一支承构件和第二支承构件限定了下述开口:该开口定尺寸成当支承构件处于打开构型时允许竖向钻柱部段从基部的外边缘传至中心线。
在一些实施方式中,升降机安装至十字头以围绕相对于开口居中的大致竖向轴线旋转。升降机可以包括闩锁,该闩锁能够操作成:在第一支承构件和第二支承构件处于接合支承构型时,将第一支承构件和第二支承构件的外侧端部保持在一起。闩锁可以包括第一闩锁构件和第二闩锁构件、位于第一闩锁构件和第二闩锁构件中的一者上的钩以及位于第一闩锁构件和第二闩锁构件中的另一者上的环,第一闩锁构件固定地安装至第一支承构件,第二闩锁构件安装成围绕第二支承构件的水平枢转轴线旋转,并且闩锁包括致动机构,致动机构连接成使第二闩锁构件和第二支承构件围绕第二支承构件的水平枢转轴线沿相反的方向旋转。
可选地,第二闩锁构件可以包括沿着第二支承构件的水平枢转轴线同轴地延伸穿过第二支承构件的杆,并且致动机构包括偏心销以及致动器,偏心销从第二闩锁构件的杆和第二支承构件突出,该致动器设置成迫使偏心销沿相反的弧线相对于第二支承构件的水平枢转轴线移动,从而使第二闩锁构件的杆和第二支承构件相对于彼此反向旋转。致动机构可选地包括接合偏心销的轭状件、设置成使轭状件沿第一方向移动的第一线性致动器以及设置成使轭状件沿与第一方向相反的第二方向移动的第二线性致动器。第一线性致动器和第二线性致动器可以安装至十字头、接合轭状件的抵接表面但不附接至轭状件。在一些实施方式中,第一线性致动器和第二线性致动器由附接至轭状件的单个双作用线性致动器代替。
在一些实施方式中,致动机构包括轭状件,该轭状件接合第一凸轮和第二凸轮,以使第一支承构件和第二支承构件旋转,并且该轭状件接合第三凸轮,以使第二闩锁构件沿与第二支承构件的旋转方向相反的方向旋转。在一些实施方式中,第一支承构件和第二支承构件各自包括以可移除的方式附至旋转件的套环,其中套环。
在一些实施方式中,钻探设备包括控制系统,该控制系统连接成控制致动器以将被支承的钻柱的重量从升降机中的一个升降机传递至升降机中的下一个升降机,控制系统包括:可编程控制器、接口和载荷传感器,该接口连接可编程控制器以操作致动器,从而选择性地升高或降低升降机中的每个升降机,该载荷传感器向可编程控制器操作性地提供信号,载荷信号指示由升降机中的每个升降机承载的载荷。致动器可以包括液压致动器,并且载荷传感器包括连接以测量液压致动器中的液压流体的压力的压力传感器。
在一些实施方式中,钻探设备包括泥罐。泥罐可以包括中空筒形件、与中空筒形件的腔流体连通的手柄以及通过手柄向中空筒形件提供吸力的出口。泥罐能够在连接被断开时定位在钻柱连接部的上方或者可以围绕钻柱连接部,以收集由此释放的钻探流体。
在一些实施方式中,泥罐可以包括设置在中空筒形件内的一个或更多个可膨胀密封件。在其他实施方式中,可以使用可扩大密封件。一些实施方式包括用于选择性地使设置在中空筒形件内的一个或更多个可膨胀密封件中的每个可膨胀密封件膨胀的控制器。在一些实施方式中,十字头能够倾斜成允许泥罐从十字头上方的钻柱连接部传至十字头下方的钻柱连接部。在一些实施方式中,在不使十字头倾斜的情况下,泥罐从十字头上方的钻柱连接部传至十字头下方的钻柱连接部。
本发明的另一方面提供泥罐。泥罐可以包括中空筒形件、与中空筒形件的腔流体连通的大致中空的手柄以及用于连接至抽吸单元以通过手柄向中空筒形件提供吸力的出口。泥罐可以在连接被断开时位于钻柱连接部的上方,以收集由此释放的钻探流体。泥罐可以可选地包括额外的特征。下面描述各种额外的特征。本领域技术人员将理解的是,下面的特征可以以任何逻辑组合添加到泥罐中。
在一些实施方式中,泥罐可以包括设置在中空筒形件内的一个或更多个可膨胀密封件以改进吸力。所述一个或更多个可膨胀密封件可以包括第一环形密封件,第一环形密封件能够膨胀成在腔的内表面与第一钻柱部段的外周之间形成密封。所述一个或更多个可膨胀密封件可以包括第二环形密封件,第二环形密封件能够膨胀成在腔的内表面与第二钻柱部段的外周之间形成密封。手柄可以限定下述开孔:该开孔用于允许可旋转夹爪在泥罐安装在十字头上时旋转穿过该开孔。中空筒形件的轴向长度可以大于相邻的钻柱部段之间的联接器的长度。
本发明的另一方面提供了一种用于分离相邻的钻柱部段的方法。该方法包括使钻柱穿过泥罐的腔、从第二钻柱部段旋拧出第一钻柱部段、将泥罐大致定位在连接部的上方、向泥罐的腔施加吸力以捕获由于断开连接而释放的钻探流体、将第一钻柱部段从第二钻柱部段拔出、并捕获由于拔出而释放的泥罐内的钻探流体。该方法可以可选地包括额外的步骤。下面描述各种额外的步骤。本领域的技术人员将理解的是,可以将以下步骤以任何逻辑组合或顺序添加到用于分离相邻的钻柱部段的方法。
在一些实施方式中,在向腔施加吸力之前,该方法包括使围绕第一钻柱部段的外周的第一密封件膨胀以及/或者使围绕第二钻柱部段的外周的第二密封件膨胀。在拔出之后,该方法可以包括使泥罐移动经过第二升降机。在一些实施方式中,这包括使升降机倾斜。在一些其他实施方式中,使泥罐移动经过第二升降机包括使泥罐穿过第二升降机中的开口,开口的直径比泥罐的直径大。
本发明的另一方面提供了钻探升降机。钻探升降机可以包括第一轴和与第一轴大致平行的第二轴,第一轴以可旋转的方式安装在平台上,以围绕第一轴的纵向轴线旋转,第二轴以可旋转的方式安装在平台上,以围绕第二轴的纵向轴线旋转。第一轴和第二轴分别可以包括第一套环部和第二套环部。第一轴和第二轴能够在闭合构型与打开构型之间旋转,在闭合构型中,第一套环和第二套环形成钻柱支承表面,在打开构型中,第一套环和第二套环彼此间隔开,以允许钻柱穿过第一套环与第二套环之间的空间。本文描述了钻探升降机的各种可选特征。本领域技术人员将理解的是,这些特征的各种组合可以组合在钻探升降机的不同实施方式中。
在一些实施方式中,第一套环和第二套环在闭合构型中彼此抵接以形成钻柱支承表面。在一些实施方式中,平台以可旋转的方式安装至基部。平台与基部之间的多个滚子轴承可以允许平台相对于基部旋转。在一些实施方式中,第一套环和第二套环以可移除的方式安装至第一轴和第二轴。
在一些实施方式中,第一线性致动器和第二线性致动器设置成沿相反的方向推动轭状件,轭状件分别通过第一凸轮和第二凸轮附接至第一轴和第二轴中的每一者,以将第一线性致动器和第二线性致动器中的每一者的线性运动转化成第一轴和第二轴的旋转,其中,第一线性致动器的致动迫使第一轴和第二轴进入闭合构型,并且第二线性致动器的致动迫使第一轴和第二轴进入打开构型。第一轴和第二轴的旋转可以包括第一轴在第一方向上的旋转以及第二轴在第二方向上的旋转,其中,第二方向与第一方向相反。在一些实施方式中,第一线性致动器和第二线性致动器抵接但不附接至轭状件。
在一些实施方式中,在闭合构型与打开构型之间移动包括使第一轴和第二轴沿相反的方向旋转。
在一些实施方式中,钻探升降机包括闩锁机构以保持处于闭合构型的第一轴和第二轴的对准。闩锁机构可以包括附接至第一轴和第二轴中的一者的钩部和附接至第一轴和第二轴中的另一者的环部。第一线性致动器和第二线性致动器可以设置成沿相反方向推动轭状件,轭状件分别通过第一凸轮和第二凸轮附接至第一轴和第二轴中的每一者,以将第一线性致动器和第二线性致动器中的每一者的线性运动转化成第一轴和第二轴的旋转,其中,第一线性致动器的致动迫使第一轴和第二轴进入闭合构型,并且第二线性致动器的致动迫使第一轴和第二轴进入打开构型。第三凸轮可以设置成将第一线性致动器和第二线性致动器的线性运动转化成钩部的旋转运动,钩部的旋转运动的方向与第一轴和第二轴中的一者的旋转运动方向相反。将第一线性致动器和第二线性致动器的线性运动转化成钩部的旋转运动可以包括第三凸轮使设置在第一轴和第二轴中的一者内的钩轴旋转,其中,钩轴连接至钩部。
本发明的另一方面提供了用于将钻探工具安装至一对平行链上的设备,其中,链各自包括横向延伸的纵向间隔开的滚子。设备可以包括第一联接器和第二联接器,第一联接器和第二联接器包括第一可旋转构件和第二可旋转构件,第一可旋转构件和第二可旋转构件从钻探工具突出并且能够接合在链中的一个链的相邻的滚子之间,可旋转构件的端部具有相对的突出的耳部,其中,耳部的外边缘之间的尺寸超过相邻的滚子之间的最小间距。该设备可以可选地包括额外的特征。下面描述各种额外的特征。本领域的技术人员将理解的是,下面的特征可以以任何逻辑组合添加到设备中。
在一些实施方式中,滚子的端部形成为在与耳部的突出成直角的方向上渐缩。可旋转构件的从耳朵向内的表面的半径可以匹配于滚子的曲率半径。可旋转构件的与耳部的外边缘之间的尺寸正交的尺寸可以小于相邻的滚子之间的最小间距。
在一些实施方式中,将钻探工具安装至一对平行链包括将第一可旋转构件插入到链中的第一链上的相邻的滚子之间的间隔中、将第二可旋转构件插入到链中的第二链上的相邻的滚子之间的间隔中,以及使第一可旋转构件和第二可旋转构件旋转大约90度从而将可旋转构件锁定在相邻的滚子之间。
在一些实施方式中,致动器设置用于使第一可旋转构件和第二可旋转构件旋转。致动器可以包括任何类型的致动器比如线性致动器或旋转致动器。可以提供传感器来监测可旋转构件与链的接合。钻探工具可以包括任何类型的钻探工具比如但不限于顶部驱动器和接通及断开单元。
本发明的另一方面提供了一种用于向悬挂于一对旋转的平行链环的一个或更多个工具供给动力的设备。该设备可以包括位于链环内的旋转接头和从旋转接头延伸的一根或更多根动力线缆,以用于向悬挂于一对平行链环的工具供给动力。所述一根或更多根动力线缆中的每一者穿过一个或更多个链环中的中空滚子链以避免在平行链环旋转时缠结,然后连接至所述一个或更多个工具。该设备可以可选地包括额外的特征。下面描述各种额外的特征。本领域技术人员将理解的是,以下特征可以以任何逻辑组合添加到设备中。
在一些实施方式中,一根或更多根动力线缆中的每一者在其穿入中空滚子链时包括旋转接头。在一些实施方式中,分开用于每个工具的动力线缆。在其他实施方式中,单根动力线缆沿着一对旋转的平行链环的长度延伸并且向所述一个或更多个工具中的每一者供给动力。多根额外的动力线缆可以从沿着一对旋转的平行链环的长度延伸的单根电力线缆延伸,以向所述一个或更多个工具中的每一者供给动力。所述一根或更多根动力线缆可以是可收缩的。
动力线缆可以包括液压动力线缆或电力线缆或两者的组合。动力线缆可以包括压力软管和返回软管。压力软管可以沿着一对平行链环中的第一链延伸,并且返回软管可以沿着一对平行链环中的第二链延伸。
旋转接头可以包括用于接收动力的固定端口以及用于向从旋转端口延伸的一根或更多根动力线缆供给动力的一个或更多个旋转端口。
其他方面和示例实施方式在附图中示出以及/或者在以下描述中描述。
附图说明
附图示出了本发明的非限制性示例实施方式。
图1是示出了根据示例实施方式的钻柱处理系统的示意图。
图2a至图2g是示出了在连续起钻循环的各阶段时的示例钻柱处理系统的局部示意图。图2h是示出了根据一个示例实施方式的用于在两个升降机之间转移钻柱的示例方法的流程图。图2i是示出了根据一个示例实施方式的用于确保转移的正确时机的方法的流程图。
图3a至图3f是示出了在使用顶部驱动器的钻探/扩孔的各阶段时的示例钻柱处理系统的示意图。
图4a是示出了为了使连接单元循环而供给动力的一种方式的示意图。
图4b是示出了为了使连接单元循环而供给动力的另一种方式的示意图。
图5a和图5b是示出了根据示例实施方式的配备有连接单元的十字头的图。图5c和图5d是另一个示例十字头设备的立体图,该十字头设备能够操作成提供相对于设备连接至输送机的点的高度调节。图5e和图5f是图5c的设备的部分的截面正视图。
图6a和图6b是示出了根据示例实施方式的钻柱处理系统的整体布局和一些构造细节的图。
图7a至图7c示出了适于将顶部驱动器或其他装置联接至滚子链的联接器。图7d、图7e和图7f示出了用于图7a至图7c的联接器的示例销。图7g是示出了用于图7a至图7c的联接器的示例致动机构和仪器的立体图。
图8a和图8b是根据一个示例实施方式的分别处于关闭位置和打开位置的升降机中的钻柱的一部分的立体图。图8c和图8d分别是处于关闭位置和打开位置的图8a和图8b的升降机的俯视平面图。图8e和图8f分别是处于关闭位置和打开位置的图8a和图8b的升降机的轴和闩锁部的立体图。图8g和图8h是根据一个示例实施方式的分别处于关闭位置和打开位置的升降机中的壳体的一部分的立体图。图8i和图8j是根据一个示例实施方式的在支承轴承上旋转的升降机的立体图。图8k和图8l是根据一个示例实施方式的布置在分别处于旋转的关闭位置和打开位置中的十字头桥接框架内的升降机的立体图。
图9a至图9d示出了根据一个示例实施方式的机械动力传送系统。图9a是示出了将动力传递至循环链的部分示意图。图9b是图9a中所示的设备的一部分的仰视图。图9c和图9d分别是配备有机械动力传送系统的链的部段的侧视图和前视图。
图10a至图10c示出了根据另一示例实施方式的机械动力传送系统。图10a是示出了将动力传递至循环链的部分示意图。图10b是图10a中所示的设备的一部分的仰视图。图10c和图10d分别是根据另一示例实施方式的支承机械动力传送系统的链的部段的前视图和侧视图。
图11a和图11b是配备有用于将器具带入或带出作业区域的可移动框架的钻柱处理系统的示意图。图11c是示出了配备有用于将器具带入或带出作业区域的可移动框架的钻柱处理系统的立体图。图11d和图11e是图11a的设备的俯视图,其中,图11d和图11e分别示出了作业区域中的设备的第一件和第二件。
图12a是根据示例实施方式的钻柱处理系统的示意图。图12b是根据另一示例实施方式的钻柱处理系统的示意图。图12c是示出了根据一个示例实施方式的用于将钻柱的部段传递至输送机的方法的流程图。
图13a是根据示例实施方式的安装在升降机上的泥罐的立体图。图13b是图13a的泥罐的侧视正截面。图13c是根据示例实施方式的安装在连接单元上的图13a的泥罐的立体图。图13d是根据罐的示例实施方式的安装在倾斜的升降机上的图133a的泥罐的侧视正截面。图13e是根据罐的示例实施方式的安装在倾斜的升降机上的图13a的泥罐的立体图。图13f是根据另一示例实施方式的安装在连接单元上的泥罐的立体图。图13g是安装在升降机上的图13f的泥罐的部分截面。图13h是安装在处于关闭位置的升降机上的图13f的泥罐的立体图。图13i是安装在升降机上的图13f的泥罐的侧视正截面。图13j是安装在处于打开位置的升降机上的图13f的泥罐的立体图。
图14示出了机械马达同步系统。
图15示出了用于支承附件器具比如顶部驱动器的示例轨道系统。该轨道能够朝向井的中心移动或移动远离井的中心。
具体实施方式
以下描述中,阐述了具体细节以提供对本发明的更透彻的理解。然而,可以在没有这些细节的情况下实践本发明。在其他情况下,已知的元件未被详细示出或描述,以避免不必要地模糊本发明。因此,说明书和附图应被认为是说明性的,而不是限制性的。
本发明的一个方面提供了用于起钻柱的设备。该设备能够操作成提高钻柱、使井上段与钻柱分离、以及将该井上段转移至能够贮存该井上段的贮存设备,直到再次需要该井上段为止。在一些实施方式中,连续地执行该过程,使得井上钻柱部段的移除在钻柱被从钻孔中吊出时发生。
图1示出了示例设备10。设备10定位于井12的顶部附近。由部段11-1、11-2等(单独的或共同的部段11)构成的钻柱13进入井的井眼。钻柱13沿着与井的中心重合的直线12a对准。在一些情况下,井口防喷器(bop)可以位于井12的顶部。
设备10包括布置成沿闭合路径15行进的多个连接单元14。路径15包括与井的中心12a对准的部段15a。部段15a通常是竖向的。在一些实施方式中,部段15a和井的中心12a以与竖向方向成一定角度的方式倾斜。
连接单元14各自包括升降机14a。升降机是用于抓住并保持钻柱13的机构。典型的钻柱部段在其端部附近具有渐缩的或正方形的镦粗的钻具接头。在一些实施方式中,升降机14a设计成围绕钻柱部段闭合以接合该钻具接头。在一些实施方式中,升降机14a可以包括能够在任意点处夹持钻柱13的滑动式升降机。当升降机围绕钻柱部段闭合时,升降机可以支承钻柱部段(以及钻柱的联接在由升降机正在支承的钻柱部段的下方的任何其他部分)的重量。升降机可以在市场上购得。一些升降机设计成载重150吨、250吨、350吨或更多。
连接单元14还包括高度调节器14b,高度调节器14b能够操作成使升降机14a相对于连接单元14的其余部分向上或向下移动。高度调节器14b可以控制成将钻柱的重量在不同升降机14a之间传递并且还补偿管件长度的变化。在一些实施方式中,高度调节器14允许整个连接单元14的范围相对于路径15向上或向下。
连接单元14还可以包括倾斜调节器14f,倾斜调节器14f能够操作成使支承升降机14a的连杆以相对于路径15成一定角度的方式倾斜。倾斜调节器14f可以用于使升降机14a相对于路径15侧向移动。例如,当顶部驱动器如本文其他地方所述的那样联接至钻柱13时,倾斜调节器14f可以控制成使联接单元14移位,使得由联接单元14的升降机14a支承的钻柱部段不会干涉顶部驱动器。这可以允许被支承的钻柱部段在顶部驱动器与钻柱13断开连接之后迅速被带到用于联接至钻柱13的顶端的位置。倾斜调节器14f可以用于使升降机14a倾斜,使得升降机14a不干涉布置成将钻柱部段转移至设备10以及从设备10转移钻柱部段的管道处理系统17。
如图5c和图5d中所示,倾斜调节器14f可以包括例如由马达58l驱动的倾斜齿轮58k。倾斜齿轮可以接合诸如齿轮或弯曲齿条之类的带齿元件58m。在其他实施方式中,倾斜调节器14f可以包括其他致动器,所述其他致动器联接成将升降机14a可控制地摆动到路径15的一侧或另一侧。例如,倾斜调节器14f可以通过使用适当地联接成被选择性地接合的链或带驱动器或液压缸或其他线性致动器来实现,以通过使连杆机构倾斜或其他方式将升降机14a移位远离路径15。在一些实施方式中,整个连接单元14通过使调节器14f倾斜而相对于路径15枢转。
连接单元14的倾斜可以主动地(例如通过倾斜调节器14f)或被动地(例如,连接单元14可以接触斜坡、轨道、滚子等,这使得连接单元的升降机14a所采取的路径在连接单元14循环时在围绕路径15的不同位置处偏离路径15)驱动。
连接单元14还可以各自包括接合/分离单元(其也可以被称为接通/断开单元),该接合/分离单元能够操作成接通或断开相邻的钻柱部段之间的连接。在一些实施方式中,接合/分离单元14c包括夹爪,该夹爪能够与相邻的钻柱部段11的联接器接合并且能够相对于彼此旋转以将两个部段11之间的带螺纹联接件拧在一起或者旋松两个部段11之间的带螺纹联接件,使得各部段彼此分开。
在示出的实施方式中,连接单元14包括设置在可旋转夹爪14e的下方的固定夹爪14d。固定夹爪14d可以保持正被升降机14a支承的钻柱部段,使得被支承的钻柱部段不旋转。然后,可旋转夹爪14e可以接合位于被支承的钻柱部段上方的钻柱部段并使位于被支承的钻柱部段上方的钻柱部段旋转,以将钻柱部段联接或分离。
接合/分离单元14c具有允许钻柱或钻柱部段从一侧进入接合/分离单元的构型。例如,固定夹爪14d和可旋转夹爪14e可以各自包括足够宽以接纳钻柱部段的间隙。当间隙彼此对准时,接合/分离单元14c可以从邻近于钻柱部段的位置相对于钻柱部段横向地移动,直到钻柱部段已经进入间隙为止。
可以提供定心器以将钻柱部段的端部移动到井的中心上(例如,以便于将钻柱部段刺入钻柱13的井上端中)。定心器可以是任何适合的类型。定心器可以作为单独的接通/断开机的一部分、作为安装在十字头上的单独的装置等被包括为连接单元14的一部分。通常,期望以较小的公差(例如1/4英寸)将钻柱部段的端部带到井的中心上。在一些实施方式中,定心器可以包括将钻柱部段带到固定的中心位置的一对移动臂。
一些钻探工作是在风非常强的地方进行的。较大的风力载荷可能吹向一部分钻柱,使钻柱部段难以处理。在一些实施方式中,在管件以提供风导致的振荡的实时阻尼的方式运送时,升降机致动器14b和/或倾斜调节器14f被致动。在示例实施方式中,与连接单元14相关联的传感器感测到被支承的钻柱部段的风导致的运动的开始,并且控制系统响应于传感器信号而操作致动器(例如升降机调节器14b和/或倾斜调节器14f)以抑制该运动。
由与连接单元14相关联的升降机14a运送的管件可以可选地通过正在被运送的接合/分离单元14c的可旋转的和/或辅助夹爪夹持,以抵抗其中风引起的运动或容器动态而使管件稳定。
连接单元14沿着路径15间隔开距离d,使得其中第一个连接单元14-1的升降机14a可以接合并支承正被添加到钻柱的井上端或从钻柱的井上端取下的钻柱部段11-1。第二连接单元14-2可以使其升降机14a与下一个钻柱部段11-2接合,钻柱部段11-1联接至钻柱部段11-2或与钻柱部段11-2分离。换句话说,在竖向部段15a上,两个连接单元14彼此间隔开距离d,距离d近似等于构成钻柱13的钻柱部段11的长度。在一些实施方式中,钻柱部段11大约30英尺(大约10米)或大约45英尺(大约15米)长。各个钻柱部段11的长度变化可以通过调节升降机调节器14b来调节。
管道处理系统17根据需要将钻柱部段提供至设备10或将钻柱部段11从设备10中取走。
在示例操作方法中,连接单元14沿着路径15连续循环。例如,连接单元可以以每秒1/2至4英尺(大约15厘米/秒至125厘米/秒)、通常为11/2英尺/秒(大约45厘米/秒)的速度沿着竖向部段15a行进。当连接单元14围绕路径15循环时,钻柱13的重量可以从一个连接单元14的升降机14a传递到下一者,以提升钻柱13(例如,用于起钻)或者使钻柱13下降(例如,用于下钻)。同时,钻柱部段可以从钻柱13的井上端移除(用于起钻)或者联接到钻柱13的井上端上(用于下钻)。
图2a至图2g示出了根据示例实施方式的设备10a的操作中的阶段。在图2a的实施方式中,连接单元14包括十字头,该十字头枢转地附接在遵循路径15的一对循环构件之间的间隔开的位置处。在一些实施方式中,循环构件包括链环比如滚子链。升降机14a安装在十字头上。致动器设置成使十字头相对于其附接至循环构件的附接点提高或降低。
为了清楚起见,图2b至图2g通过省略十字头的细节以及仅示意性地示出在所描绘的操作阶段中有效使用的接通/断开装置而相对于图2a简化。图2a表示其中钻柱部段11之间的连接接通或断开的连接区域20,(取决于起钻的方向)。图2a还示出了偏移轨迹21,钻柱部段11可以在设备10a的背侧沿着偏移轨迹21运送,使得钻柱部段11可以传递至管道处理系统17。
图2h示出了用于起钻的示例方法200。方法200包括将钻柱13的重量从一个升降机14a传递到相邻的下方连接单元14的升降机14a。方法200在方框200a中开始,其中,连接单元14中的第一个连接单元14-1上的升降机14a接合并支承钻柱的顶端(例如,如图2a所示的部段11-1的顶端)。
如图2d中所示,第一连接单元14-1继续沿着路径15循环,整个钻柱13被提高。当钻柱13被提得足够高时,第二连接单元14-2的升降机14a可以接合下一个钻柱部段11-2(方框200c),此时,钻柱部段11-2已经被提高得足够远,使得其井上钻具接头已经从井12中拉开。此时,如图1中所示,连接单元14-1和连接单元14-2在路径15的竖向部段上,并且最高的钻柱部段11-1于井的中心12a上在两个连接单元14之间竖向地延伸。
一旦连接单元14-2已经接合钻柱部段11-2,钻柱13的重量可以被传递,使得钻柱13由连接单元14-2支承。这可以通过以下中的一者或两者来完成:使用高度调节器14b降低最高的连接单元14-1的升降机14a(如方框200e),以及使用升降机调节器14b升高最低的连接单元14-2的升降机14a(如方框200f)。在任一情况下,传感器都可以检测到由较高的连接单元14-1的升降机14a承载的重量显著减小(如方框200g)以及/或者由较低的连接单元14-2的升降机14a承载的重量的增大(如方框200h)。例如,在升降机14a由液压缸支承的情况下,传感器可以监测在连接单元14-1和/或14-2处的升降缸压力,以确定将钻柱13的重量转移到连接单元14-2的过程何时完成(如方框200i所示)。由于钻柱的重量现在由最低的连接单元14-2支承,所以最高的钻柱部段11-1可以与钻柱13的其余部分分离(方框200j),如图2g中所示。这可以例如通过操作由连接单元14-2提供的接合/分离机构来完成。
例如,固定夹爪14d可以夹持钻柱部段11-2的上端,从而防止钻柱部段11-2的上端和钻柱13的其余部分旋转,同时可旋转夹爪14e夹持并转动最上面的钻柱部段11-1,从而将部段11-1与钻柱13的其余部分分离。与此同时,第一连接单元14和第二连接单元14中的一者或两者上的升降机调节器14b可以操作成提高最高的钻柱部段,使该最高的钻柱部段与和其联接的钻柱部段11-2分离(即,‘拔出’最高的钻柱部段)。部段11-1的分离可以在连接单元14继续围绕路径15循环时发生。
图2i是示出了根据示例实施方式的断开顺序201的流程图。如上所述,在钻柱13的重量传递至连接单元14-2之后,控制器或操作者对使相邻的钻柱部段11分离所需要的时间(方框201a)进行估计。大量因素中任何一者或更多者可以有助于估计分离所需的时间。例如,从历史和经验获得的接通/断开循环时间(方框201b)和/或来自与连接单元14相关联的传感器的进度指示(方框201c)可以用作方框201a的输入,在一些实施方式中,这可以由编程的控制器自动执行。
方框201d判定是否有足够的竖向距离来在最高的连接单元14-1离开路径15的正前侧15a之前以当前的提升速度完成钻柱部段11的分离。如果是(方框201d的结果为“是”),则继续分离以完成分离并且可以发生拔出(方框201f和201g)。如果没有足够的竖向距离来以当前提升速度完成部段11-1与部段11-2的分离(来自方框201d的结果为“否”),则在方框201e处提升速度降低。
由于不需要在沿着路径15的任何特定位置处发生分离,该断开顺序不需要事件以精确偏差内的顺序发生,从而允许一定的灵活性。
当上述事件发生时,连接单元14-1和14-2可以沿着路径15的竖向部段15a持续地向上移动。当最高的连接单元14-1到达竖向部段15a的顶部时,仍正被运送的现在已经分离的钻柱部段11-1越过路径15的顶端15b,并被侧向地运送而不与钻柱13的其余部分对准。然后,钻柱部段11-1可以沿着路径15的背侧15c向下运送。在路径15的背侧15c的某处,正被第一连接单元14-1运送的钻柱部段11-1可以与升降机14a断开连接,并且被转移至获得并贮存钻柱部段的管道处理系统17。
图1示出了正被转移至管道处理系统17的钻柱部段11-0。在一些实施方式中,钻柱部段11在其竖向悬挂的同时被转移,使得转移可在沿着背部侧15b的一定范围内的任意位置发生。这可以有助于控制向管道处理系统17的转移。在一些实施方式中,管道处理系统17包括承载可动端部止挡件的输送机,使得钻柱部段11的端部下降到输送机的端部止挡件上,然后输送机的端部止挡件支承钻柱部段11。然后,钻柱部段11可以从升降机14a释放。在其他实施方式中,管道处理系统17可以包括往复式滑动器、弓形或直线形臂部抓取器、机器臂、循环式起重机等。在一些实施方式中,钻柱部段11在断开连接之后转移至管道处理系统17的任意位置(即路径15的竖向部段15a或路径15的背侧15c)。
在一些实施方式中,当连接单元沿着路径15的背部侧15c向下行进时,连接单元14的升降机14a可以相对于路径15侧向移动。这允许升降机14a在钻柱部段11转移至管道处理系统17之后例如通过倾斜而侧向移动。这可以允许连接单元14在钻柱部段已经转移之后经过管道处理系统17。转移至管道处理系统17可以在与路径15一致的位置发生或者可以在连接单元14的侧向运动范围内与路径15后方间隔了一定距离的位置处发生。
升降机14a的相对于路径15的水平位移可以例如通过枢转连接单元14或支承升降机14a的连杆来实现。可以例如通过致动器(例如连杆倾斜机构比如倾斜调节器14f)或轨道和滚子系统来提供对升降机14a的侧向位置的控制。
同时,第二连接单元14-2继续将钻柱13提高到第三连接单元14-3能够接合下一个钻柱部段的点,其中,下一个钻柱部段已经被拉高到足以被第三连接单元14-3的升降机接合。然后,该过程可以继续进行,其中,在钻柱部段沿着路径15的竖向部段15a向上行进时,在两个连接单元14之间运送的钻柱部段被提高并且彼此分离。在每个钻柱部段与钻柱的其余部分分离之后,钻柱部段在路径15的背侧15c上或在另外适合位置处转移至管道处理系统17。
该过程可以反向进行,以便在钻柱13向下降回到钻孔中时将钻柱部段11添加到钻柱13的顶部。
在一些实施方式中,顶部驱动器可以以可移除的方式联接以沿着路径15移动。这有助于使用在本文中描述的用于钻探和起钻的设备。图3a至图3g示出了使用具有可以联接至驱动钻柱13的套筒30a的顶部驱动器30的示例钻探操作中的一系列步骤。在一些实施方式中,如果需要的话,顶部驱动器30可以沿着路径15驱动以向钻柱13施加向下的力(在工业中通常被称为“下拉”)。
图3a示出了处于其最低钻探位置的顶部驱动器30。钻柱部段11-1正准备添加至钻柱13。图3a示出了钻柱部段11-1可以如何倾斜以使其不干涉顶部驱动器30。这可以例如通过使支承钻柱部段11-1的连接单元枢转来实现。
在图3b中,接通/断开单元14c保持钻柱13的顶部不旋转,使得顶部驱动器30可以与钻柱13断开连接。接通断开单元14c可以将顶部驱动器30的套筒夹持在一组夹爪中,并且用另一组夹爪夹持钻柱13,然后使两组夹爪相对于彼此转动。这避免了通过支承顶部驱动器的任何结构传递扭矩。此处,顶部驱动器的“套筒”可以包括顶部驱动器所承载的保护接头、阀、交叉件或其他部件。在较低扭矩的应用中,顶部驱动器可以驱动成断开顶部驱动器30的套筒与钻柱13之间的连接。
在图3c中,顶部驱动器30移出钻柱13的线,并且另一个钻柱部段11-1移动成与钻柱部段13对准。如图3d所示,然后,接通/断开单元14c将钻柱部段11-1联接至钻柱13的顶部。在完成该过程后,顶部驱动器30被提升件(未示出)提升到钻柱部段11-1的上端的上方。提升件由于其只需输送顶部驱动器30而可以是相对轻型的。当顶部驱动器30被提升时和/或当钻柱连接被接通或断开时,设备10可以使钻柱上下摆动,以减小钻柱粘附在井眼中的可能性。
在图3e中,顶部驱动器30联接至钻柱部段11-1的上端。该联接可以通过借助于接通及断开单元14c的夹爪组夹持顶部驱动器套筒和钻柱两者、然后操作接通及断开单元14c以接通连接来执行。在涉及较低扭矩的情况下(例如,当使用相对较小直径的钻杆时),接通及断开单元14c可以保持钻柱部段11-1的上端不旋转,从而顶部驱动器30的套筒可以驱动成接通连接。然后,如图3f所示,可以继续钻探。在钻探的这个阶段期间,如果需要的话,可以通过操作驱动系统而向钻柱施用下拉,以使顶部驱动器和连接单元14向下移动。
顶部驱动器30可以联接至连接单元14(参见图1)或联接至链或联接至围绕路径15运送连接单元14的其他循环构件。在替代方案中,顶部驱动器30可以联接至在进行钻探时引导顶部驱动器30沿着路径15的竖向部段15a移动的单独的轨道、链或类似物。
随着钻探的继续,新的钻柱部段11可以转移至在路径15的背侧15c上向上行进的另一连接单元14。随着钻探的进行,新的钻柱部段可以倾斜,使其不会损坏顶部驱动器。当钻探进行到与顶部驱动器相关联的连接单元14再次到达或接近竖向部段15a的底部时,如图3a所示(即,此时将新的钻柱部段附接至钻柱顶部),可以重复该过程。可以反向进行该过程以用于扩孔操作。
连接单元14中的每一者均需要动力来驱动各个致动器以执行诸如升高或降低升降机、利用辅助夹爪夹持或松开钻柱、为待添加至钻柱的钻柱部段定中心、夹持并旋转钻柱等功能。可以以各种方式向连接单元14供给动力。
在图4a中所示的一个示例实施方式中,动力以电力或液压动力的形式借助于位于路径15中的适当合理的位置、比如路径15的中心的点处的旋转接头40供给至连接单元14。线缆或软管(未示出)将来自液压泵和/或电力电源的液压流体和/或电力运送至旋转接头40或者将该液压流体和/或电力从旋转活接头40运送。在一些实施方式中,旋转接头40具有单个固定端口和多个旋转端口,使得每个旋转端口可以连接成向连接单元14中的一者供给动力。
在一些实施方式中,液压动力输送至连接单元14,并且由液压驱动的电力发生器在连接单元14处产生电力。在一些实施方式中,电池由连接单元14承载。电池可以例如为传感器、控制电路和/或数据通信系统供给动力。在一些实施方式中,液压动力和电力两者从旋转接头40输送至连接单元14。
柔性线缆或软管42将电力或液压动力从旋转接头40的旋转端口输送到单独的连接单元14。这些柔性线缆或软管中的每一者可以包括旋转联接器或接头。在连接单元14支承在循环元件之间的情况下,柔性线缆或软管42可以被引导至循环元件中的一者的外侧面上的联接器,该联接器通过循环元件连接至相应的连接单元14。例如,软管可以通过旋转接头连接至相应的连接单元14。
每条线缆或软管42足够长以到达路径15上的任意位置的相应的连接单元14。当连接单元14沿任一方向围绕路径15循环时,旋转接头40也旋转。旋转接头40可以可选地被驱动成与连接单元14围绕路径15的循环一起旋转。
如图4b中所示,可以将线缆或软管从旋转接头40’引导至路径15上的点而不是提供从旋转接头到单独的连接单元14的分开的线缆或软管,然后线缆或软管沿路径15继续以服务于多个连接单元14。如上所述,连接至路径15上的点的线缆或软管可以在其一端或两端和/或沿其长度的某处包括旋转接头,以避免线缆或软管的扭曲。在一些实施方式中,多个线缆和/或软管联接至每个连接单元14。线缆或软管中的每一者可以包括从旋转接头延伸至路径15、然后沿着路径15延伸以维修连接单元14中的每一者的一个部段。
在示例实施方式中,连接单元14中的每个连接单元连接以接纳压力侧的液压软管和返回侧的液压软管。在一些这样的实施方式中,压力侧的软管可以从液压动力单元引导至第一旋转接头的非旋转端口、从第一旋转接头的旋转端口引导至路径15上的第一点、然后通过总体上沿路径15延伸并围绕路径15循环的一个或更多个软管部段连接至所有连接单元14上的压力侧的配件。类似地,返回侧的软管可以从连接单元14中的每一者上的返回配件沿着路径15延伸至路径15上的第二点。返回软管可以将第二点连接至第二旋转联接器的旋转端口。返回路径可以由从第二旋转联接器的非旋转端口延伸返回到液压动力单元的软管来完成。在一些实施方式中,压力侧的软管沿着设备的一侧上的第一链延伸,以及返回侧的软管沿着设备的第二侧上的第二链延伸。在一些实施方式中,链包括销并且液压流体通过延伸穿过链的销的通道被引导至连接单元14以及/或者从连接单元14引导。
在一些实施方式中,设置有用于液压动力供给的压力侧和返回侧或用于完成电路所需的两根或更多根线的单独的旋转接头。在一些实施方式中,一个旋转接头设置在设备的每一侧上。
每个连接单元14以及设备10的功能的控制可以由控制系统来协调,该控制系统可以由一个或更多个控制器构成。控制器可以例如包括可编程控制器比如plc。控制器可以通过有线或无线数据连接器与每个连接单元14通信,并且还可以通过有线或无线数据连接器接收来自连接单元14的状态信息。有线数据连接器可以与动力连接器一起提供或者与动力连接器集成(例如如上所述)。控制系统可以控制诸如打开及关闭升降机14a、或者利用夹爪14d和/或14e控制钻柱部段的夹持及松开、以及/或者控制可旋转夹爪14e的旋转、以及/或者控制高度调节器14b之类的操作的功能。数据通信网络还可以将信号发送回控制系统。
这些信号可以包括诸如来自测压元件的读数或者控制高度调节器14b的液压回路中的液压之类的信号。该信号表示特定的升降机正在支承钻柱的重量的程度。通过监测该信号,控制系统可以确定钻柱的重量何时从连接单元14中的一个连接单元转移至另一连接单元14。其他信号可以指示诸如钻柱部段是否设置在特定位置处、升降机是关闭还是打开、被施加以接通或断开钻柱部段之间的连接的扭矩、升降机14a的当前高度(例如通过线性位置传感器测量)、管道处理系统的当前状态等的情况。
在一些实施方式中,控制系统使用预先知道的待添加到钻柱或从钻柱移除的单个钻柱部段的长度,以将升降机14a定位在最佳高度处。如此以来,可以使设备更快速地运行,这是由于升降机14a可以被预先定位在一定高度处,使得升降机在从一个升降机14a转移至下一个升降机14a期间的行程减小。
可以以任何各种方式获得管件长度的信息。在一些实施方式中,管道处理系统17包括用于测量管件的系统。管道处理系统17可以将管件的测量结果传递至控制系统。在一些实施方式中,控制系统配置成存储管件在第一次处理管件(例如在钻探期间)时的长度。例如,可以在管件正联接到钻柱中或者联接至顶部驱动器时测量管件的长度。在一些实施方式中,控制系统基于联接至管件的顶部驱动器与保持钻柱的升降机14a之间的距离来测量管件的长度。一旦管件已经被测量,那么每个管件的长度是已知的(只要保持管件的顺序即可)。
在一些实施方式中,控制系统可以访问数据存储库,该数据存储库包含与用于管件的机器可读标识符交叉引用的每个管件的长度。读取器读取机器可读标识符,然后控制系统可以在数据库中查找相应的长度。在us4701869a、wo2012128735a1、us20100171593a1、us20050230109a1、us8463664b2、和gb2472929a中描述了用于识别及跟踪钻柱部段的一些示例系统,上述所有申请在此通过引用并入本文。
在其他实施方式中,可以实时检测钻柱部段11的长度。测量钻柱部段的示例方法包括:
·检测设置在定心器处的钻柱部段11的一端(例如,在将钻柱部段联接到钻柱中紧之前或者在将钻柱部段与钻柱分离紧之后)并且基于定心器与支承钻柱部段的升降机之间的距离(该距离可以从设备的几何结构和升降机调节器14f的位置中知道——该位置例如可以使用线性位置传感器来测量)计算出钻柱部段11的长度。
·确定在输送机扭矩显著减小(即,管件提升)时支承钻柱部段的升降机14a与管道处理系统17的输送机支撑件之间的距离。
·确定在钻柱的重量从一个升降机转移至另一个升降机时两个升降机的位置之间的距离。
·测量偏离直线的钻柱部段11并记录测量结果。
·等等。
在一些实施方式中,可以使用rfid标签以将信息存储在每个钻柱部段11上。设备10上的传感器可以跟踪每个rfid标签,以预测每个钻柱部段11的长度。
在预先知道每个钻柱部段11的长度的情况下,控制系统可以预先致动升降机调节器14b以将对应的升降机14a定位在适当的高度处,使得管件与钻柱的联接/分离以及/或者将钻柱的重量从一个升降机14a转移到另一个升降机可以在升降机调节器14b的最小行程的情况下完成。这可以允许增大起钻速度并且与起钻速度一致。
如上所述的系统可以以各种方式来实现。图5a至图5d示出了根据非限制性示例实施方式的连接单元14。在图5a和图5c中,升降机14a完全地升高,并且在图5b和5d中,升降机14a完全地降低。每个连接单元可以包括由可延伸梁悬挂于循环元件上的枢转连接点的平台。可延伸梁可以缩回或延伸以使平台相对于循环构件升高或降低并且可以承受弯矩。可延伸梁可以具有包括线性轨道、伸缩构件等各种构造。可延伸梁可以与连接成延伸或缩回可延伸梁的致动器结合成一体,或者可以由单独的致动器延伸或缩回可延伸梁。
在图5a和5b中所示的实施方式中,升降机调节机构14b包括耳轴安装的液压缸52,液压缸52具有活塞53,活塞53可以延伸或缩回以使横臂54相对于框架58竖向地移动。升降机14a由连杆56悬挂于横臂54,连杆56在点57处枢转地安装至包括升降器14a的组件。连接单元14可以连接在一对平行的链或布置成围绕路径15循环的其他柔性元件之间。连接单元14可以通过突出部55连接至柔性元件。
图5c和图5d示出了另一示例设备58,示例设备58用于将诸如升降机、连接单元,接通/断开单元或其他装置之类的装置安装至循环的柔性元件(例如链),同时允许调节设备的全部或部分相对于连接点的高度。设备58包括大致u形形状的框架58a。框架58a由多个平行的线性轨道58b构成。在所示的示例实施方式中,两个线性轨道58b设置在框架58的每一侧上。线性轨道58b可以包括例如圆形轴。线性轨道58b由其底端处的基部58c以及其上端部处的桥接部58d保持呈彼此平行的关系。在所示实施方式中,基部58c包括焊接件,该焊接件包括上板58c-1和下板58c-2。
突出部55或其他附接构件设置在能够沿着线性轨道58b滑动的支架58e上。在所示实施方式中,每个支架58e包括一对导向管58f。导向管58f内的适合的衬套或线性轴承58j有助于支架58f沿着线性轨道58b滑动而不结合。导向管58f有助于使衬套或轴承58j较宽地间隔开,使得轴承或衬套58j上的法向力减小,从而减小摩擦。这种法向力抵抗在钻柱13的重量施加到基部58c时可能出现在线性轨道58b上的弯曲力矩。
支架58e由线性致动器58g相对于基部58c定位。在所示实施方式中,致动器58g包括液压缸。每个缸的本体58g-1联接至对应的支架58e,并且每个缸的杆58g-2延伸成接合对应的桥接部58d。基部58c可以通过伸展致动器58g而(以及承载在基部58c上的任何设备)相对于突出部55升高。基部58c可以通过缩回致动器58g而相对于突出部55降低。
在一些实施方式中,杆58g-2的端部以允许杆端部相对于桥接部58d进行某些运动的方式联接至桥接部58d。例如,该联接可以允许杆端部侧向移动和/或相对于桥接部58d枢转。这种连接可以避免将侧向载荷施加到58g-2上,甚至在由于通过基部58c施加了非常高的载荷而导致框架58a存在一些偏转的情况下也是如此。图5e是穿过设备58的一侧的正视横截面。图5f是穿过杆58g-2的顶端的横截面。这些附图示出了用于将杆58g-2的顶端接合至桥接部58d的可能的布置。在该示例实施方式中,杆58g-1承载接合桥接部58d的下表面的垫圈58k。垫圈58k具有弯曲的(例如球形的)上表面58k-1,上表面58k-1配装到由垫圈58l提供的对应弯曲的凹面中。这允许桥接部58d倾斜而不向杆58g-2施加显著的弯曲力矩。销58m从杆58g-2突出穿过桥接部58d中的开孔58n。开孔58n比销58m大,使得杆58g-2的端部可以相对于桥接部58d侧向移动。
各种类型的设备可以由基部58c支承或从基部58c支承。在所示实施方式中,提供了接通/断开单元58h。其他示例实施方式可以仅提供位于基部58c上的升降机。如图5c所示,接通/断开单元58h可以包括用于致动接通/断开单元58h的一个或更多个马达58h-1和58h-2。马达58h-1、58h-2如所示地可以位于基部58c的前侧(即,在与接通/断开单元58h的开口的相同侧),或者位于基部58c的背侧(即,在接通/断开单元58h的开口后方)。
图6a和图6b示出了根据一个非限制性示例实施方式的设备10。这些图中所示的设备10包括柱60。柱60支承链61l和61r,链61l和61r能够操作成在被驱动链轮63驱动时围绕链轮62循环。链轮62的布置可以变化,例如链61l和61r可以绕过位于柱60的顶部处的一个较大的链轮62或多个较小的链轮62。
驱动链轮63可以例如由液压或电动马达通过适合的动力传动装置比如行星齿轮传动装置来驱动。图6b示出了马达64和传动装置65。马达64可以经由齿轮、链或带传动驱动传动装置65,然而,这不是强制性的。
在所示实施方式中,单独的马达64联接成驱动每条链61。马达64的操作同步成使得链61彼此同步地循环。在一些实施方式中,马达64通过电子马达控制系统的操作来同步。在一些实施方式中,马达64机械地同步。这可以通过提供将马达64的转子联接在一起的机械传动装置来实现。
例如,图14示出了示例实施方式,其中,两个马达64r和64l通过同步传动装置150联接,该同步传动装置150包括由轴152联接的一对直角驱动器151r和151l。直角驱动器151r和151l分别通过轴153r和153l联接至马达64r和64l。可以使用链或防滑带驱动器代替直角驱动器151r和151l以及轴152来联接轴153r和153l的旋转。
链61l和61r例如可以是侧栏式链比如滚子链。联接单元14枢转地安装在链61l与61r之间。在示例实施方式中,每个联接单元14连接成使得力通过链的中心线传递至链61l和61r。有益地,联接单元14可以包括联接至链61r和61l中的每一者并且用作载荷均衡器的刚性横向构件。升降机14a可以由该刚性构件支承,使得由升降机14a承载的载荷分开在链16之间。通过使用联接器将联接单元14连接至链61来促进这种载荷分配,该联接器能够适应刚性横向构件在对准方面的一些改变。例如,可以使用球轴承将刚性横向构件联接至链61,下面将描述球轴承的示例。
在一些实施方式中,有利地,驱动链轮63在链61的环的外侧接合链61。这有助于柱60的拆卸。例如,链轮63可以设置在第一部件上,并且柱60的承载链61的部分可以位于第二部件上。第一部件和第二部件可以分开以便于运输并且第一部件和第二部件可以在井位处组装以提供设备10。每个驱动链轮63可以在一对其他链轮之间的间隙中接合链61中的对应的一者,以提供围绕驱动链轮63的适当的缠绕。这种构造允许在不拆开链61的情况下组装设备10。
在一些实施方式中,顶部驱动器30或其他设备通过图7所示类型的联接器70以可移除的方式联接至滚子链(例如链61)或其他侧栏式链。联接器70包括特殊形状的耳轴72,耳轴72接合在相邻的滚子61a与链61的相对的链板61b之间的开口61c中。如图7d、7e和7f最好地示出的,每个耳轴72的端部72a成形为使得耳轴72在一个尺寸方向上小于相邻的滚子61a之间的距离并且在另一个尺寸方向上大于相邻的滚子61a之间的距离。在所示实施方式中,较小的尺寸由耳轴72的任一侧的渐缩表面61b提供。在端部72a后方,耳轴72颈缩以提供支承区域72d。如图7e最佳地示出的,支承区域72d可以由围绕耳轴72的周向凹槽提供,该周向凹槽的半径大致等于滚子61a的半径。通过这种结构,梢部或耳部72c在耳轴72的任一侧上突出。梢部或耳部72c限定了宽度尺寸。
如图7a中所示,可以提供一对耳轴72。一个耳轴72可以接合每条链61。最初,耳轴72通过横向于链61的宽度尺寸定向。然后,耳轴72可以插入穿过选定的开孔61c,如图7b中所示。渐缩表面72b有助于引导耳轴72进入开口61c中。当销72充分地插入到开口61c中时,耳轴72可以旋转90度,如图7c中所示。在旋转构型中,耳轴72接合滚子61a。
在所示实施方式中,两个耳轴72由框架73支承。耳轴72的中心以一定距离间隔开,该距离等于链61的中心线之间的距离。支承表面72e由框架73以可旋转的方式支承(例如,以适合的衬套或轴承中)。伸展部分72f保持耳轴72不会从框架73中拉出。
提供合适的致动器以使耳轴72在其未锁定取向与锁定取向之间旋转。在替代实施方式中,可以提供单个致动器以借助于适合的传动装置或连杆来使两个耳轴72旋转。可以提供旋转或线性致动器以使耳轴72旋转。图7g示出了示例下述实施方式:在该示例实施方式中,提供线性致动器74(例如液压缸)以使每个耳轴72在其锁定取向与未锁定取向之间移动。在所示实施方式中,致动器74接合偏心驱动销72g。
可以提供传感器来验证耳轴72与链61的成功联接。在所示实施方式中,倾斜传感器75设置在每个耳轴72上。倾斜传感器74可以检测每个耳轴72的旋转角度。还提供接近传感器76。当联接器70成功地联接至链61时,接近传感器76中的每个接近传感器定位成靠近对应的链61的滚子61a。安全机构(例如电子控制器)可以通过验证接近传感器76检测到链61的滚子(或其他合适的部分)以及倾斜传感器75指示两个耳轴72定向成处于其接合(‘锁定’)构型两者来检测联接器70与链61的成功联接。
联接器70可以用于将任何所需的器具联接至链61。例如,顶部驱动器或接通及断开单元可以使用联接器70联接至沿着链61的任意位置。联接器70可以定位成使得附接在链的竖向部段中的两条链之间的顶部驱动器的套筒与链的中心线处于同一平面内。
在其他实施方式中,顶部驱动器或其他设备可以间接地联接至循环元件比如链61。这可以例如通过在顶部驱动器上设置与设置在十字头上的对应联接器接合的联接器来实现。
悬挂升降机14a,使得升降机14a的重量(以及更重要的,所悬挂钻柱13的重量)以与链61的滚子61a的中心对准的方式施加是有益的。如上所述,提供有助于链61之间的载荷分配的系统也是有益的,使得每条链61支承相似比例的载荷。图5f示出了可以用于支承联接单元14(或其他装置)的设备80。图5f示出了示例链61的横截面。链61包括间隔开的滚子61a。在所示实施方式中,滚子61a由轴承或衬套61e以可旋转的方式支承在销或轴61d上。
装置80包括中空连接滚子82,滚子82设置在期望将连接单元联接至链61的每个位置处。滚子82可以安装成相对于板旋转,其中滚子82被支承在板之间。支承该设备(例如升降机或连接单元或待支承的其他设备)的突出部55突出到连接滚子82的孔82a中。连接滚子82通过一侧的外链板61g和61h以及相对侧的内链板61i和61j联接至链61的邻接销61d。链板61g和61h由保持螺栓组件61f相对于销61d轴向地保持。
轴承83定位在孔82a的中心处或附近(例如内链板61i与61j之间的中间)。轴承83允许突出部55相对于连接滚子82旋转。轴承83在突出部55的端部由保持板84保持就位。在所示实施方式中,轴承83是球轴承。球轴承83适应突出部55的轴线与连接滚子82的轴线之间的不完全对准。这又有助于间隔开的链61之间的载荷分配。间隔件85将轴承83保持就位。
镜像装置80可以设置在一对间隔开的链61上。装置80有助于在下述位置处将力传递至链61:所述位置是在链61处于边对边以及前对后两者的情况下的居中的位置(即在链61的中心线上)。
图8a至图8l示出了升降机300的各种实施方式和构型。该升降机可以与本文所述的其他设备组合应用(例如,用作上述设备中的升降机14a)。该升降机也可以在其他应用中使用。在所示实施方式中,升降机300包括由滚子轴承306支承在基部304上的平台302。这允许升降机300围绕被支承的钻柱或钻柱部段的中心线旋转。
一对轴308a和308b(统称为轴308)以大致彼此平行的方式安装在平台302上。轴308不是必须平行的。在一些实施方式中,轴308相对于彼此略微成角度。
轴308a和308b各自包括半圆形套环310。轴308围绕它们各自的纵向轴线旋转,使得半圆形套环310在闭合位置与打开位置之间移动,在闭合位置中,套环310彼此抵接以形成用于支承钻柱部段11的墩粗部的大致完整的圆形套环312(如图8c中所示),在打开位置中,套环310间隔开成半圆形套环310,以允许管状镦粗部穿过升降机14a(如图8d中所示)。
如在图8e和图8f中最佳地看到的,用于控制轴308a和308b的围绕它们各自的纵向轴线旋转的示例布置施用致动器312a和312b。致动器312a和312b分别沿相反的方向推动轭状件或连杆314,导致滚子316a和316b同时使轴308a和308b沿相反的方向旋转。滚子316a和316b以偏心的方式安装至轴308,并且滚子316a和316b在被轭状物314推动时引起轴308的反向旋转,从而打开或关闭升降机300。
在所示的特定布置中,致动器312a推动连杆314远离致动器312a。连杆314的运动导致滚子316a和316b使轴308a顺时针旋转并使轴308b逆时针旋转,从而使套环310间隔开并打开升降机300。为了关闭升降机300,致动器312b推动连杆314远离致动器312b,使轴308的旋转方向反转并形成大致完整的圆形套环312,如图8f中所示。可以采用其他的使轴308旋转的方法。在一些替代实施方式中,提供一个或更多个致动器的其他布置以选择性地升高及降低连杆314。例如,在一些实施方式中,单个双作用致动器连接成升高及降低连杆14。
升降机200具有打开侧和闭合侧,其中,管件可以通过打开侧而被带入到可以被套环310接合的位置。在一些实施方式中,轴308成角度成使得轴308在升降机200的打开侧进一步分开。
不需要将致动器312a和312b固定至连杆314。致动器312a和312b可以固定至十字头或其他固定结构,从而允许平台302相对于致动器312a和312b旋转。当连杆314与致动器312a和312b对准时,致动器可以操作成接合连杆314上的邻接表面,从而推动连杆314,以根据需要使旋转轴308在打开位置与关闭位置之间旋转。平台302的旋转可以与接通/断开单元14c一起使用,以联接/分离钻柱部段11。平台302的旋转可以允许钻柱13在升降机300支承钻柱13时旋转。这种旋转可以由顶部驱动器或由接通及断开单元(例如可旋转夹爪14e)或由外部装置驱动。
为了简化操作,可以提供闩锁传感器322a以允许操作者或控制系统监测升降机14a的旋转程度。闩锁传感器322a可以包括感测连杆314的轴314a何时向上突出(表示升降机300处于打开位置)或不突出(表示升降机300处于打开位置)的接近传感器。可以提供旋转传感器322b以监测平台302是否与基部304对准以允许钻柱部段11行进穿过开口324。
在一些实施方式中,升降机300可以包括闩锁机构318,闩锁机构318用于防止轴308在承载钻柱13的重量的同时分散开。在升降机300支承具有渐缩钻具接头的镦粗部(通常为18度)的钻管的情况下,分散力可能特别地大。示出的示例闩锁机构318包括环构件318a和钩构件318b。在所示实施方式中,环构件318a固定至轴308b并且随着轴308b旋转而旋转,同时钩构件318b连接至轴308a内的副轴320,副轴320由于凸轮316c而沿与轴308a的旋转方向相反的方向旋转。以这种方式,当轴308旋转到关闭位置时,环构件318a朝向轴308a旋转并且钩构件318b旋转到环构件318a的开口318a-1,以防止当处于锁定构型时,轴308a相对于轴308b移动。尽管仅描绘了闩锁机构318的一个实施方式,但是对于本领域技术人员而言,可以替代地采用用于保持轴308的对准的各种实施方式。例如,可以交换钩构件和环构件。
套环310可以构造成适应各种尺寸和形状的钻柱部段11。在一些实施方式中,套环310能够从轴308拆卸。例如,如图8b中最佳地示出的,套环310和轴308可以设置有用于附接及移除套环310的螺钉。以这种方式,套环310可被交换以适应各种类型的钻柱部段11。在一些实施方式中,还可以使用升降机14a来支承如在图8g和图8h中所描绘的壳体。壳体可能需要待安装在轴308上的特定的套环310或者根本不需要套环310。替代地,壳体可以由没有套环310的轴308本身支承。在一些实施方式中,套环310包括密封件,该密封件密封套环310的半圆形内边缘与正被支承的钻柱部段11之间的空间以及/或者在泥罐(如本文其他地方所述)与套环301之间提供密封。
在一些实施方式中,升降机300部分地或完全地被封装在如图8k和图8l中所描绘的十字头桥接框架内。从图8k和图8l中可以最佳地看出,升降机300仍然可以自由地打开及关闭并且可以在十字头桥接框架内自由旋转。
在一些实施方式中,升降机300或常规升降机安装成用于旋转成使得其开口侧可以转动成面向不同的方向。例如,该实施方式可以提供升降机,该升降机形成横梁的结构元件并且可以旋转以接纳来自横梁的任一侧的钻柱部段11。在美国专利7794192中描述了一种提供其中旋转元件可以形成横梁的结构部件的结构的方法,该专利出于所有目的通过引用并入本文。在一些实施方式中,升降机能够旋转至少大约180度。在一些实施方式中,升降机在其穿越路径15的顶端时自动旋转,使得当升降机处于路径15的前侧15a时以及当升降机处于路径15的背部侧15c时,升降机的开口背向路径15。
图4a和4b以及相关讨论解释了将动力以可以通过诸如线缆或软管之类的柔性元件传输的形式传递至连接单元14的示例方式。在各个连接单元14沿着路径15行进时将动力传递到各个连接单元14的另一种方法是使诸如布置成遵循路径15的带缆或链之类的柔性构件循环并且驱动一个或更多个动力发生器。可以在每个连接单元14上设置一个或更多个单独的动力发生器。例如,柔性构件可以驱动位于每个连接单元14上的一个或更多个液压泵或一个或更多个动力发生器。在替代方案中,围绕路径15循环的一个或更多个动力发生器可以各自服务于两个或更多个连接单元14。动力可以从动力发生器通过柔性动力传送构件、比如沿着路径15延伸的软管或线缆传递至连接单元14。
在动力发生器由链(例如本文描述的实施方式中的链61)围绕路径15承载的一些实施方式中,动力发生器位于链的一侧,柔性构件位于链的相对侧,并且动力通过延伸穿过链的中空销的轴将提供至动力发生器。
图9a至图9d以及10a和图10b示出了根据两个不同示例实施方式的动力传输系统。图9a示出了示例动力传输系统90。系统90通过一系列传动环91(例如传动带或滚子链)沿着链61传递动力,传动环91接合以链61的销为中心的对应的链轮92。由于链轮以链61的销为中心,相邻链轮之间的间距在链61弯曲时(例如,当绕过驱动链轮或空转轮时)不变。
传动环91在内传动环91a与外传动环91b之间交替。内传动环91a驱动内链轮92a或由内链轮92a驱动,外传动环91b驱动外链轮92b或由外链轮92b驱动。链轮92a和92b是整体的或联接在一起,使得围绕着链61,传动环91a驱动下一个传动环91b,传动环91b驱动下一个传动环91a,以此类推。
动力发生器可以位于链61的任意销61d处并且由在该销61d处的链轮92驱动。在一些实施方式中(包括所示实施方式——参见图9b),销61d是中空的,并且动力通过联接由链轮92驱动的轴并使该轴延伸穿过销91d的孔而传递至动力发生器(例如,泵或发电机)93,以驱动在销的与链轮92相反的一侧上的动力发生器。
动力可以从固定的动力单元(例如发动机或马达)通过联接成与链轮92a和92b一起旋转的链轮92c传递至相互连接的传动环91。图9b示出了马达94,马达94联接成通过驱动链轮97来驱动柔性传动环(例如链或带)95。传动环95由空转轮96引导以围绕链61所采用的曲线延伸。传动环95接合沿着传动环95所采用的路径定位的多个链轮92c。传动环95在其通过马达94循环时使那些与传动环95接触的链轮92c转动。传动环91a和91b将动力围绕链61传送,以驱动位于链61周围的任意位置处的一个或更多个动力发生器。
大多数传动带或传动链都需要张紧器来保持所需的工作张力。在一些实施方式中,为传动环91中的每个传动环提供单独的张紧器。张紧器例如可以包括通过弹簧等向传动环偏置的滚子或空转链轮。在图9d所示的替代实施方式中,多个传动环91通过单个机构张紧。在该实施方式中,一些链轮92安装成关于偏心轴旋转,使得在传动环91的任一端部处的相邻链轮92的中心到中心的间距根据偏心轴的旋转而变化。轴的偏心度足以维持传动环91中所需的张力水平。一系列两个或更多个偏心安装的链轮92可以位于非偏心安装的端部链轮92之间。一个张紧器98可以于端部链轮之间设置在传动环91中的一个传动环上。偏心安装的链轮92将本身定位成在端部链轮之间的传动环91中保持相同的张力。在一些实施方式中,四个或更多个传动环91各自使用这种布置来共用单个张紧器98。在图9d所示实施方式中,链轮92-1和92-6是端部链轮。链轮92-1与链轮92-6之间的传动环91通过偏心安装的中间链轮92-2至92-5共用一个张紧器98。
图10a和图10b示出了根据另一示例实施方式的动力传输系统100。动力传输系统100在概念上类似于动力传输系统90。与动力传输系统90类似,动力传输系统100提供以可旋转方式安装在链61的每个销处的链轮92。在动力传输系统100中,单种传动环101全部围绕传动环101延伸。传动环101可以例如包括滚子链或适合的传动带。传动环101以曲折的方式绕过链轮102。通过这种构造,链轮102的旋转方向在沿着链61行进时交替。
动力传输系统100包括驱动系统,该驱动系统包括马达94、传动环95、空转轮96和驱动链轮97。图10a和图10b示出了链轮102a,链轮102a由传动环95的行进驱动并沿着与传动环95的行进方向相同的方向旋转,链轮102a与链轮102b交替,链轮102b不直接由传动环95驱动而是沿与传动环95的行进方向相反的方向旋转。传动环95借助于链轮102c驱动链轮102a,链轮102c可以是链轮102a的延长部或者联接成与链轮102a一起旋转的分开的链轮。可以提供一个或更多个张紧器98以保持传动环101中的适当的张力。一个或更多个动力发生器93可以由链轮102a或102b中的任一者驱动。
图10c和图10d示出了替代动力传输系统110,替代动力传输系统110与动力传输系统100类似,主要不同之处在于传动环101的路线。在动力传输系统110中,链轮102c和102d位于链61的销处。传动环101沿相同的方向绕过所有的链轮102c和102d。空转轮111设置在沿着链61间隔开的位置处。在所示实施方式中,链61具有外链板61k和内链板61l。空转轮111安装在每个外链板61k上。空转轮111可以包括自由旋转的链轮。
一些或全部链轮102c和102d延伸成使得链轮102c和102d可以由传动环95以与上文关于动力传输系统100所描述的方式相同的方式驱动。在所示实施方式中,链轮102e延伸成接合传动环95。一个或更多个动力发生器可以由链轮102d或102e中的任一者驱动。
在一些替代实施方式中,一个或更多个原动机和用于原动机的燃料源安装成围绕路径15运送。例如,燃料电池可以围绕路径15运送。由燃料电池产生的电力可以直接使用以驱动电致动器以及/或者用于驱动连接成驱动液压泵的电动马达。燃料可以向原动机周期性地提供(例如,被运送成沿着路径15移动的容器可以在设备不围绕路径15循环时填充,或者可以在设备围绕路径15循环时向原动机提供燃料)。作为原动机的另一个示例,连接成驱动液压泵和/或动力发生器的发动机可以被支承成围绕路径15循环。动力可以借助于沿着路径15延伸的柔性软管或线缆从原动机沿着路径15引导到需要动力的目的地(除非原动机已经位于需要动力的位置)。
图11a至图11e示出了用于处理可以用于在钻柱上执行作业的装置比如顶部驱动器的可选的系统110。系统110包括一个或更多个轨道112,所述一个或更多个轨道112能够(例如通过枢转的摆动运动)移动到与井的中心相邻的作业区域中以及从该作业区域移出。所示实施方式包括轨道112a和112b。
在一些实施方式中,接通/断开单元设置在轨道112上。在这种实施方式中,接通及断开单元可以根据需要沿着路径15的前侧15a定位以接通或断开钻柱部段之间的连接。在一些这样的实施方式中,没有设置围绕路径15行进(例如由链61承载)的接通/断开单元。在其他实施方式中,可旋转夹爪设置在轨道112上。可旋转夹爪可以与安装成围绕路径15行进的辅助夹爪配合以接通或断开钻柱部段之间的连接。在其他实施方式中,不可旋转的辅助夹爪在轨道112上运送。轨道112上的辅助夹爪可以定位并操作成与被支承的可旋转夹爪配合以围绕路径15行进。
轨道112a和112b枢转地安装,使得它们可以朝向井的中心摆动或摆动远离井的中心。在图11c中所示的实施方式中,每个轨道112被支承在框架114上,框架114在铰链115处枢转至柱60。提供致动器(未示出)以使轨道112a和112b朝向井的中心或者远离井的中心移动。致动器可以包括联接成使框架114移动的旋转致动器或线性致动器。在图11c中,轨道112a朝向井的中心摆动以及轨道112b摆动远离井的中心。
在所示实施方式中,顶部驱动器116设置在轨道112a上,并且接通/断开单元117设置在轨道112b上。根据需要,顶部驱动器116可以通过将框架114枢转到图11c中所示的构型中而被引至井的中心。顶部驱动器116可以包括如上所述的联接器组件70,使得顶部驱动器116可以联接至沿着链的选定位置以进行钻孔或扩孔。如图11d中所示,顶部驱动器116可以缩回到适当远离井中心的准备位置。
轨道112a和112b可以包括提升件,该提升件能够操作成将设备沿着轨道升高或降低到期望的位置。诸如顶部驱动器或泥罐之类的器具可以竖向地定位在轨道112上,然后在需要时被引入到井中。在已经使用该器具之后,可以通过将该器具沿着轨道112提升来重新定位该器具。在一些实施方式中,在钻探时,顶部驱动器在轨道112枢转远离井中心时沿着轨道112定位。然后顶部驱动器通过枢转框架114而被引入至井的中心。在这一点上,顶部驱动器可以例如通过如本文其他地方所述的联接器70联接至链61。然后,顶部驱动器可以联接至钻柱并且操作成将钻孔钻得更深。在该阶段期间,轨道112可以吸收来自顶部驱动器的一些或全部反扭矩。当到添加另一个钻柱部段时,顶部驱动器可以与钻柱分离并与链61分离。然后,轨道112可以枢转远离井的中心并且顶部驱动器可以沿轨道112升高到用于下一个钻柱部段的起始位置。然后,可以为另一个钻柱部段重复该过程。
可以在轨道112上设置各种器具。在一些实施方式中,顶部驱动器设置在两个轨道112a和112b上,使得当另一个顶部驱动器正在进行钻探时,一个顶部驱动器可以提升到准备钻探的位置。这种实施方式提供了一定的余度,以防一个顶部驱动器需要维修,并且还可以提供增大了一些的速度。框架114能够与柱60分开以便运输。
本文描述的这种类型的设备可以构造成以多种方式接通或者断开钻柱部段之间的联接。其中的一些方法在附图中示出。例如:
·连接可以通过各自围绕路径15行进的多个接通/断开单元(例如连接单元14)接通。接通/断开单元中的每个接通/断开单元可以包括可旋转夹爪和可以是固定夹爪的另一个夹爪。在该实施方式中,可以通过接合接通/断开单元的夹爪并使夹爪相对于彼此沿适合的方向旋转来接通连接或者断开连接。该实施方式有利地隔离了由于在十字头内接通或断开连接而产生的反扭矩,从而避免了对用以吸收反扭矩的链或其他循环元件的需求。该实施方式的有利之处还在于由于扭矩可以直接施加在钻具接头附近,使得每个钻柱部段可以包括双钻柱部段(两个钻柱部段联接在一起),而没有双钻柱部段可能被施加的扭矩而无意分离的风险。
·在其他实施方式中,接通及断开单元没有围绕路径15运送,而是可以与路径15的前侧的两个管件的钻具接头接合。例如,接通/断开单元可以在轨道112上运送。在接通连接或断开连接时,接通及断开单元可以沿着路径15的一部分行进。在一些实施方式中,在接通连接或断开连接时,接通/断开单元可以例如使用像联接器70那样的联接器以可移除的方式联接至链61。该实施方式的优点在于可以简化在路径15上循环的器具。例如,连接单元14可以提供没有辅助夹爪或旋转夹爪的可调节高度的升降机。
·在其他实施方式中,多个辅助夹爪沿着路径15运送。可以闭合辅助夹爪中的一个辅助夹爪以夹持钻柱部段,防止其旋转。旋转夹爪可以与第二邻接管件接合。旋转夹爪不需要围绕路径15运送,而是可以与路径15的前侧的第二管件的钻具接头接合。例如,旋转夹爪可以在轨道112上运送。在接通连接或断开连接时,旋转夹爪可以沿着路径15的一部分行进。在一些实施方式中,当正在进行连接或正在断开连接时,旋转夹爪例如使用像联接器70那样的联接器以可移除的方式联接至链61。
·在其他实施方式中,多个可旋转夹爪沿着路径15间隔开(例如作为连接单元14的一部分)。在该实施方式中,一个连接单元14的旋转夹爪可以夹持一个管件,并且第二连接单元14的旋转夹爪可以夹持相邻的管件。旋转夹爪中的一者或两者可以相对于另一者旋转以接通或断开管件之间的连接。在该实施方式中,不需要辅助夹爪(尽管可以可选地提供一个或更多个辅助夹爪或者作为连接单元14的一部分、或者能够单独地定位以在管件沿着路径15行进时选择性地接合路径15的前侧的管件)。
图12a和图12b示出了用于管道处理系统17的替代示例构型。该管道处理系统能够在图12a所示的构型与例如图12b所示的构型之间重新构造,在图12a所示的构型中,钻柱部段经过管道处理系统17与位于路径15的最低部分的下方或路径15的最低部分中的升降机14a之间,在图12b所示的构型中,钻柱部段在路径15的背部侧传递至升降机14a或从升降机14a传递。图12a的构型对于将特殊用途的附件或其他非标准长度的钻柱部段转至本文所述的系统是特别有益的。例如,比标准钻柱部段短的井底组件(bha)的部件可以在井的中心处或井的中心附近传递至如本文所述的设备。
可选地,为了保持钻柱以接纳特殊用途或特殊长度的钻柱部段的目的,可以在钻机底板上设置用于保持钻柱的常规的滑动件或其他设备。在一些实施方式中,当需要添加特殊长度的钻柱部段(通常是比其他部段短的部段)或需要特殊处理的钻柱部段时,钻柱13可以由钻机底板中的滑动件121支承。然后,钻柱部段11可以设置在井的中心或附近并且由联接单元14的升降机14a或顶部驱动器的升降机接合。随后,升降机14a升起以使钻柱部段11成竖向取向,钻柱部段11在该取向处可以刺入钻柱的上端。位于钻机底板正上方的柱60的一部分可以没有横向构件,该横向构件会阻挡所需长度的钻柱部段11的竖立。
图12c是示出了根据示例实施方式的用于将钻柱部段11从设备10传递至管道处理系统17的方法和设备的流程图。管道处理系统17的输送机的速度可以基于连接单元14围绕路径15的行进速度来控制。当钻柱部段11沿着路径15c的背部侧行进到转移高度(即进入转移区域)时,输送机的速度可以降低到低于连接单元14的速度。该速度可以例如在连接单元14的速度的40%至60%或70%的范围内。在示例情况下,管道处理系统17的输送机的速度降低到连接单元14的速度的大约50%。这允许钻柱部段的端部追上输送机上的支承件或其他表面。
如果连接单元14处于零升程,并且转移窗口足够大,则连接单元14和输送机的速度保持不变,直到检测到钻柱部段落在输送机支承件上为止。这可以通过适当定位的传感器以及/或者通过检测驱动输送机的马达上的载荷的变化来检测。驱动输送机所需的扭矩的显著变化可以用于指示输送机正在支承的钻柱部段11的重量。如果转移窗口不够大,则连接单元14的速度可以降低。如果连接单元14没有处于零升程,则连接单元14的范围可以缩小,直到驱动输送机所需的转矩出现显著增大为止。
传感器可以可选地设置在连接单元14上,以检测钻柱部段11是否从升降机14a突出,从而表示重量是否传递至输送机。此时,升降机14a可以打开,以完成钻柱部段11传递至输送机。在钻柱部段已经从升降机14a传递至管道处理系统17的输送机之后,输送机的速度可以增大(例如达到150%的速度),直到输送机处于用于下一次转移的位置,此时该方法再次开始。这种方法的一个示例性益处是转移可以在转移窗口的任意点处发生,并且无需在需要更严格偏差的精确时刻时发生。
可以在钻机底板上设置下述其他可选设备以处理特殊情况、特殊钻柱部段等:所述其他可选设备包括独立的接通/断开机、滑动件和动力钳。
在起钻期间,钻柱部段11仍然包含钻探泥浆/流体是常见的。因此,随着钻柱部段11的分离,钻探泥浆可能以不期望的方式释放到钻机上。在一些实施方式中,提供泥罐以捕获在钻柱部段11分离时释放的任何钻探泥浆。泥罐在相邻钻柱部段11分离时包围由两个相邻的钻柱部段11构成的接头,并且可选地,泥罐可以提供吸力以在接头分离时帮助从接头去除任何不期望的钻探泥浆。在一些实施方式中,泥罐可以包括管状本体,该管状本体接合在管柱的顶部上,并随着起钻的进行而前进以覆盖柱而不从柱中移除。可以不需要分裂该泥罐。在一些实施方式中,泥罐穿过开放式升降机(例如,如上所述的开放式升降机300)。
图13a描绘了根据一个示例实施方式的泥罐400和升降机。泥罐400包括筒形部410和安装部412。钻柱13布置成延伸穿过筒形部410a的中空内部410a,如图13a和13b中所示。在使用中,在泥罐400滑过接头的顶部之前,钻柱部段11-1可以从钻柱部段11-2旋出而不是从钻柱部段11-2拔出。
一旦泥罐400越过接头的顶部,可选的下部密封件420和上部密封件422可以扩大(例如膨胀或机械扩大)(如图13b中所示)以将泥罐密封至管件并防止泥浆溢出。真空连接件可以附接至出口414,以通过上导管426向吸入口416提供吸力。然后,钻探泥浆被吸出离开钻柱部段11-2、穿过吸入口416、上导管426并且经由出口414离开。出口414可以利用重力排放或可选地利用经由真空泵的抽吸辅助而垂直于泥池。
如图13c中最佳描绘的,泥罐400可以以以下方式构造:当泥罐400安装在钻具接头上时,仍然可以使可旋转夹爪14e旋转。在所示实施方式中,安装件412成形成允许可旋转夹爪14e旋转通过安装件412中的空间450。这可以允许采用更长的钻柱部段11。
返回到图2g,当连接单元14越过路径15b的顶端时,连接单元14侧向平移(即,从左向右平移,如图2g中所示)。为了允许这种水平平移,使可旋转夹爪14e的开口面向路径15的内侧(即,与图11c相比旋转180°)有时可能是有益的。以这种方式,有效地延长了连接区域20。
一旦钻柱部段11-1和11-2已经分离并且泥罐400已经完成其任务,则泥罐400可以沿着钻柱13向下平移到下一个接头(即,在钻柱部段11-2与11-3之间)。在一些实施方式中,密封件420和422首先缩小(如图13d中所描绘的)。在一些实施方式中,泥罐400的筒形件410、连接单元14可以倾斜成允许泥罐400穿过,如图13d和13e中所示。倾斜角度可以取决于泥罐400和连接单元14的几何形状。例如,倾斜的角度可以在2°与10°之间。在具体示例实施方式中,倾斜角度大约为2.5°。
图13f至图13j描绘了示例泥罐500。泥罐500与泥罐400大致相似,除了泥罐500设计成与升降机300一起使用。与泥罐400相比,泥罐500的下导管524比泥罐400的下导管424细并且没有设置密封件420、422。泥罐500在升降机提供面密封件的情况下特别有用,在面密封件的情况下,泥罐500的下边缘可以密封到该面密封件上。泥罐500的减小的直径有助于泥罐500在升降机300处于其打开状态时穿过升降机300。
泥罐500可以以与泥罐400类似的方式操作。然而,泥罐500不需要使连接单元14倾斜,因为处于如本文所述的打开位置的升降机300的喉部足够宽,以使得泥罐500可以穿过,如可以在图13i和图13j中最佳地观察到的。
在一些实施方式中,泥罐500不包括密封件420、422。代替的,泥罐500可以密封升降机300的套环310以防止钻探流体逸出。特别地,套环310可以包括如图13g所描绘的密封件310b和310c。密封件310b可以布置成密封钻柱部段11,而密封件310可以布置成抵接并密封泥罐500。密封件310b、310c可以包括任何适合的密封材料比如聚合物或橡胶。在一些实施方式中,310b、310c包括o形环,而在其他实施方式中,310b、310c模制到套环310中。
与其他钻探系统相比,一些实施方式提供显著的安全优势。这些安全优势可以包括
·设备的运动相对较慢、持续并且是可预测的;
·操作人员可以在安全地带保持安全。在井架工或等效位置不需要人员;
·不需要由可能由于疲劳而失效的电线支承较重的元件;
·正在被处理的管件可以总是由明确的支承件(例如升降机)而不是可能出现故障的各种类型的夹具来支承。
某些实施方式的一些优点包括以下一项或更多项:
·相对较高的起钻速度(例如标称起钻速度5400英尺/小时,是常规起钻速度的两倍)。
·连续或几乎连续的较低的行进速度,而不是间歇的高得多的行进速度。例如,在一些实施方式中,行进速度可以在1英尺/秒至2英尺/秒的范围内——例如1.5英尺/秒。较低的峰值速度可以减小对井筒和/或钻柱的损坏。较低的峰值速度还可以减小或基本上消除冲击压力和抽吸压力,从而使操作更安全。
·即使在开放孔眼中也可以实现全速起钻。现有技术的系统由于需要减小抽吸压力而受限至减小的速度(例如1分钟/立升提升速度),而示例实施方式可以达到常规起钻速度的平均速度的2.5至3倍。
·减小提升的峰值动力要求。
·钻杆不会受到滑动损坏。
·钻探时,连接时间为60秒至90秒(泵关闭至泵打开)。
·在接通或断开连接时保持钻柱移动,从而降低了卡钻的风险。
·连接部远离底部——降低管道被卡住的风险。
·由于起钻不需要顶部驱动器,因此顶部驱动器可以在正在起钻的同时维修。在某些情况下,维修可以在钻机底板处或钻机底板附近的方便的位置执行。
·所有提升元件(例如链61)可以具有无限期的使用寿命,而电线及其滑轮易于磨损并需要相对频繁的更换。
·支持自动化:
○连续运动,在正常循环中没有停止/启动/阶梯/停靠管理。
○不需要快速做任何事情的快速循环。
○处理自由度最小化。
○减少转移要求。
○不需要手动操作。
○不需要分裂检测。
○简单、可靠和精确的竖向位置仪器。
○没有未知的滑动设定。
·卓越的陆地钻机灵活性。
·避免线缆的灵活性/可分离性方面的挑战(连接至5个不同的钻机部件)。
·下拉能力——不平衡钻探或壳体推动。
·通过顶部驱动器清楚地竖向进入。
术语解释
除非上下文清楚地要求,否则在整个说明书和权利要求书中:
·“包含”、“包括”等应被解释为包含性的意义,而不是排他的或穷尽的含义;也就是说,是“包括但不限于”的意义,
·连接”,“联接”或其任何变型意味着两个或更多个元件之间的任何直接或间接的连接或联接;元件之间的联接或连接可以是物理的、逻辑的或其组合;
·“在本文中”,“以上”,“以下”以及类似的引用语在用于描述本说明书时应该涉及本说明书的整体,而不是本说明书的任何特定部分。
·“或”是指两个或更多个物件的清单,覆盖以下对该用语的所有解释:清单中的任何物件、清单中的所有物件以及清单中的物件的任意组合;
·单数形式“一”,“一个”和“该”还包括任意适当的复数形式的含义。
在本说明书和任何所附权利要求(存在的)中使用的指示方向的词语,比如“竖向”,“横向”、“水平”、“向上”、“向下”、“向前”、“向后”、“向内”、“向外”、“竖想”、“横向”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“下方”、“之上”、“之下”等,取决于所描述和示出的设备的具体取向。本文描述的主题可以假定各种替代取向。因此,这些方向术语不是严格限定的并且不应被狭义地解释。
当以给定顺序呈现过程或方框时,替代示例可以以不同的顺序执行具有步骤的例程或者采用具有方框的系统,并且一些过程或方框可以被删除、移动,添加、细分、组合以及/或者修改,以提供替代物或子组合。这些过程或方框中的每一者可以以各种不同的方式来实现。此外,尽管过程或方框有时被示为以连续方式执行,但是这些过程或方框可以替代地以并行的方式执行,或者可以在不同的时间执行。
另外,尽管元素有时被示为按顺序执行,但是代替地可以同时或以不同的顺序执行。因此,意在将以下权利要求解释为包括在其预期范围内的所有这些变化。
在上面提及部件(例如软件模块、处理器、组件、装置、回路等)的情况下,除非另有指示,否则对该部件()的提及包括对“器具”的提及应该被解释为包括该部件的等同物、执行所描述的部件的功能的任何部件(即,功能上等同)、包括在结构上不等同于执行本发明的所示示例性实施方式中的功能的所公开的结构的部件。
系统、方法和设备的具体示例已经在本文中为了说明的目的而被描述。这些只是示例。本文提供的技术可以应用于除上述示例系统之外的系统。在本发明的实践中,许多改变、修改、添加、省略和置换是可能的。本发明包括对本领域技术人员明显的所描述的实施方式的变型,包括通过以下方式获得的变型:用等同的特征、元件和/或动作替换特征、元件和/或动作;混合并匹配来自不同实施方式的特征、元件和/或动作;将来自本文所描述的实施方式的特征、元件和/或动作与其他技术的特征、元件和/或动作组合;以及/或者省略来自所描述的实施方式的组合的特征、元件和/或动作。
因此,意图使下面所附的权利要求和下面提出的权利要求如可以合理地推断出的那样被解释为包括所有这样的修改、置换、添加、省略和子组合。权利要求的范围不应受到在示例中所阐述的优选实施方式的限制,而是应被给予与整个说明书一致的最宽泛的解释。