模块化钻机系统的制作方法
【专利摘要】由多个构件组成的模块化可变形钻机系统，所述系统可在运输模式与操作模式之间变形，在所述运输模式中，所述系统的构件可运输，在所述操作模式中，将所述构件组装成适配成钻入地下井心中的钻机。
【专利说明】模块化钻机系统
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及模块化钻机系统。
【背景技术】
[0002]模块化钻机已用于油气工业(近海钻井工业和陆上)相当长的时间。这种模块化钻机的早期的例子描述于US 3，228，151中。在该文献中，公开了一种钻井设备，其包括具有基底的基底子结构、可提升钻台和两者之间的用于升高钻台的装置(优选可铰接支柱)。提供支座，所述支座具有从所述子结构向上延伸的后支柱和在所述子结构的前方向下延伸的前支柱，且枢转装置支撑所述前支柱。所述支座可在所述枢转装置上摇摆。
【发明内容】
[0003]本发明的一个目的在于提供一种更有效的模块化钻机系统。
[0004]根据本发明，这可由一种由多个构件组成的模块化可变形钻机系统实现，所述系统可在运输模式与操作模式之间变形，在所述运输模式中，所述系统的构件可由车辆运输，在所述操作模式中，将所述构件组装成适配成钻入地下井心中的钻机，所述系统包括:
[0005]-钻机支座，所述钻机支座可在基本上水平的连接位置与在井心上方基本上竖直的操作位置之间移动，所述钻机支座具有顶端和底脚，
[0006]-基底结构，所述基底结构适配成以操作模式设置于接近井心的表面上，以在其上支撑钻机，所述基底结构包括适配成设置于接近井心的表面上的横梁，
[0007]-底座，所述底座适配成在其基本上水平的连接位置中在其下端围绕底座枢转轴线枢转连接至所述基底结构，优选枢转连接至所述横梁；所述底座可操作而在基本上水平的连接位置与基本上竖直的操作位置之间枢转；所述底座适配成在基本上水平的连接位置中连接至所述钻机支座的底脚，并适配成在基本上竖直的操作位置中支撑井心上方的钻机支座；
[0008]-至少一个驱动组件，所述至少一个驱动组件在基本上水平的连接位置与基本上竖直的操作位置之间枢转作为一个单元的经连接的底座和钻机支座，从而在竖直操作位置中将所述钻机支座设置于井心上方，
[0009]-管道装载机，所述管道装载机用于将诸如钻管和/或隔水管的管道装载至钻机支座中，
[0010]其中所述基底结构还包括适配成设置于与所述横梁相邻的表面上的至少两个细长基底单元，所述基底单元可各自连接至所述横梁而形成当从上方观察时的C形布置，在侧面的C的支柱远离井心，使得所述基底单元并排延伸，且基底单元之间的间隔的尺寸形成为接收运载钻机支座的在其基本水平的连接位置中的至少底脚部分的车辆，使得所述钻机支座的底脚布置在所述基底单元之间，并可连接至在其基本上水平的连接位置中的底座，并且尺寸形成为在由经连接的底座和钻机支座形成的单元枢转至基本上竖直的操作位置之后接收管道装载机。
[0011]当从上方观察时形成C形布置的基底结构的构造是有利的，这是因为可自由到达井心，例如用以设置Β0Ρ(防喷器)。另一优点在于，可允许所述钻机系统远离井心移动，例如移动至附近的另一井心。当所述基底结构设置有如同一 申请人:的申请PCT/NL2013/050026 (所述申请以引用方式并入本文)中所述的位移系统时，这是特别有利的。在现有技术的钻机系统中，应用完全围绕井心的支撑钻机支座的基底结构。而且，已知的是与钻机支座相对，与井心相邻设置绞车或管道装载机。另一优点在于增加的安全性:在组装和安装钻机系统的过程中不会扰动灵敏的井心。
[0012]优选地，模块化可变形钻机系统的构件(至少基底结构和支座)具有允许构件在车辆(例如卡车，例如拖车)上在路上运输的尺寸。特别地，大多数构件(例如支撑梁、基底单元、位移装置、支座部段、管道装载机等)的最大尺寸对应于标准ISO货物集装箱的那些最大尺寸。一个或多个构件可能设置有ISO角件，以在运输过程中固定构件，也可能用于钻机的组装。甚至更优选地，构件也具有有限的每个构件的重量，例如25吨的每个构件的最大重量。这种有限的重量可有利于运输，并能够快速组装和拆卸根据本发明的钻机。
[0013]根据本发明的模块化可变形钻机系统可变形至操作模式，在操作模式中，组装构件以形成钻机。在操作模式中，本发明的钻机优选适用于提取天然资源(如地下水、天然气或石油)、将流体从表面注入地下储层或者地下地层评估或监测的钻井过程。在地球表面钻探的孔(天然资源通过所述孔提取)称为井心。在实践中，在单个钻井地点可存在多个井心。
[0014]模块化可变形钻机系统的一个必要构件是具有顶端和底脚的钻机支座。在操作位置中，所述支座在井心上方竖直设置，以进行钻井活动。根据本发明，钻机支座可在基本上水平的连接位置与操作位置之间移动。可能地，钻机支座由多个可运输支座部段(例如2-4个部段，优选3个部段)组成，所述多个可运输支座部段至少包括形成钻机支座的底脚的底脚部段或下部部段和形成钻机支座的顶部的顶部部段。支座部段需要端对端组装，并连接而形成具有顶端和底脚的钻机支座。
[0015]包括顶部部段、中间部段和下部部段的钻井支座的组件和顶部驱动器可为如下。在将底座连接至基底结构之后，例如通过道路车辆的拖车而供应下部支座部段，并将其连接至底座。然后操作驱动组件以从拖车上升高下部支座部段。中间部段随后以横卧状态供应至车辆的拖车上。为了将下部部段的上端与中间部段的下端对齐，下部支座部段向下倾斜以实现对齐。然后仅在这些下部和中间支座部段的邻接顶面拐角或侧面处建立连接，所述连接形成临时铰链。下部支座部段在顶面拐角处具有挂钩，而中间支座部段具有配合部件以建立铰接连接。然后通过操作驱动组件而再次升高下部支座部段，以获得下部支座部段和中间支座部段的完全对齐，使得它们的下部拐角也接触，然后略微进一步升高下部支座部段和中间支座部段，使得支座脱离拖车，所述拖车随后开走。应注意，邻接的下部支座部段和中间支座部段的下部拐角仍然连接，如以下解释。
[0016]优选地，支座的中间支座部段和可能的其他支座部段或其部分具有C形横截面，三个格状侧面具有在其拐角处的竖直纵向柱和其间的格状框架。中间支座部段具有一个开放侧面，当支座相对于基底结构保持在总体水平位置中时，所述开放侧面面向下。所述开放侧面提供了开口，以允许将顶部驱动器带入支座部段的轮廓内的空间中。
[0017]在将顶部支座部段连接至支座之前，可预期优选通过车辆供应水平或横卧状态的顶部驱动器，以有利于其运输。优选地，顶部驱动器位于车辆拖车上，所述车辆拖车停在现在保持在总体水平位置的中间支座部段下方。
[0018]随后，通过操作驱动组件而降低支座，使得中间部段停留在拖车上。下部部段和中间部段相对于彼此呈现成角度的取向，通过如上所述的临时铰链相互连接。现在，中间部段在拖车上为水平的。
[0019]随着在此阶段向下引导中间支座部段的开放侧面，仍然位于拖车上的顶部驱动器进入由中间支座部段的轮廓所限定的空间中。然后将顶部驱动器连接至中间支座部段，例如连接至沿着中间支座部段纵向延伸的一个或多个导轨。例如，中间支座部段包括在其上配备一个或多个台车(trolley)的一个或多个纵向导轨,顶部驱动器例如通过螺栓而连接至一个或多个台车。应了解，在顶部驱动器与支座部段之间的另一连接布置(可能的通过吊索或绳索的仅临时的紧固)也是可能的。
[0020]随后，升高下部支座部段，使得中间部段再次与下部支座部段完全对齐，现在将这些下部部段和中间部段的下部拐角例如通过锁销或螺栓而牢固地相互连接。升高下部支座部段导致升高中间支座部段，由此从拖车提升顶部驱动器，所述拖车可随后离开。
[0021]顶部支座部段可随后由车辆供应。所述顶部部段优选以与中间支座部段与下部支座部段之间的连接相同的方式连接至中间支座部段，从而可升高完整的支座以脱离拖车，所述拖车随后离开。
[0022]可能地，将诸如顶部驱动器、定滑轮和动滑轮的钻井设备整合成支座部段中的一个或多个，以作为一体化物品运输。优选地，驱动组件适配成在基本上水平的连接位置与竖直操作位置之间枢转作为一个单元的经连接的底座和钻机支座，所述钻机支座由所述支座部段组成。
[0023]井心可设置于陆地上或在水中，钻机以操作模式设置于所述井心上方。钻机支座处于操作位置，以设置成基本上在井心上方。为此，提供基底结构，所述基底结构在操作模式下适配成设置于接近井心的表面上。提供基底结构以在其上支撑钻机支座。该表面可为地面或地球表面，但或者可为悬臂的端部或船舰的甲板等。应注意，尽管根据本发明的钻机主要提出用于陆基钻井活动，例如油、气(例如页岩气)、地热钻井活动，但相同的钻机也可用于钻探近海。那么表面由平台、钻井船等形成。
[0024]根据本发明的基底结构由三个主要基底结构构件组成，所述三个主要基底结构构件优选作为分开的构件运输:适配成设置于接近井心的表面上的横梁(或板)，以及至少两个细长基底单元。优选地，基底单元如同ISO货物集装箱那样40英尺长。细长基底单元适配成设置于与横梁相邻的表面上，所述基底单元各自可连接至横梁而形成C形布置(当从上方观察时)，在侧面的C的支柱远离井心，使得所述基底单元并排延伸，且基底单元之间具有间隔。优选地，每个基底单元具有轴向端面，且横梁具有设置有两组连接器部件的侧面，每组连接器部件用于将横梁连接至基底单元的轴向端面。
[0025]任选地，基底结构还包括两个平行的支撑梁，所述两个平行的支撑梁适配成设置于与横梁竖直并与井心相邻的表面上。这些支撑梁优选与基底单元成一行设置，作为基底单元的延长部延伸。这些支撑梁可与基地单元一体呈现，或者可替代地作为可连接至横梁或基底单元的分开的元件呈现。总之，基底结构现在形成H形布置(当从上方观察时)，具有远离由基底单元形成的井心的在侧面的支柱和在井心侧面处的由支撑梁形成的支柱。优选地，由基底单元形成的支柱比由支撑梁形成的支柱更长。
[0026]根据本发明，提供底座，所述底座适配成在基本上竖直的操作位置中支撑井心上方的钻机支座。为了使根据本发明的钻机系统在运输模式与操作模式之间变换，底座可操作为在基本上水平的连接位置与基本上竖直的操作位置之间枢转。底座适配成在其基本上水平的连接位置中围绕底座枢转轴枢转连接至所述基底结构，优选枢转连接至横梁。然而可选择地，也可想象底座连接至基底结构的一个或两个细长基底单元，或连接至基底结构的另一构件。优选地，底座枢转轴线设置在基底结构上的固定静止位置处。该位置优选为提升位置。
[0027]优选地，底座在其下端处连接至基底结构，其中‘下’定义为当底座在基本上竖直的操作位置时底座的下部部分。在基本上水平的连接位置时，底座也适配成优选在其上端处连接至钻机支座的底脚，其中‘上’定义为当底座在基本上竖直的操作位置时底座的上部部分。在一个实施方案中，钻机支座的底脚包括支座连接点或支座连接部件，所述支座连接点或支座连接部件枢转连接至基底结构(优选横梁)上的底座枢转轴线。
[0028]在一个优选实施方案中，底座包括臂和悬臂式支座支撑件，所述臂适配成在基本上水平的连接位置中在其下端处枢转连接至所述基底结构，所述悬臂式支座支撑件连接至所述臂的上端，在底座的基本上水平的连接位置中向上延伸，在基本上竖直的操作位置中向臂的前方延伸，适配成在基本水平的连接位置中连接至钻机支座的底脚，并适配成在基本上竖直的操作位置中支撑井心上方的钻机支座。与钻机的底脚的连接优选为固定连接:此连接不必为可枢转的。因此，底座基本上成形为“L”，其中L的长腿形成臂，短腿形成悬臂式支座支撑件。优选地，底座成型为单件构件。可能地，底座包括两个平行臂和悬臂式支座支撑件，所述两个平行臂可能相互连接，所述悬臂式支座支撑件由所述臂支撑，并可能与一个或多个臂一体形成。所述臂的长度优选允许在钻机的操作位置中在悬臂式支座支撑件的下方提供BOP。
[0029]根据本发明，提供至少一个驱动组件，以在基本上水平的连接位置与基本上竖直的操作位置之间枢转作为一个单元的经连接的底座和钻机支座，从而在竖直操作位置中将所述钻机支座设置于井心上方。
[0030]用以升高和降低经连接的底座和钻机支座的驱动组件优选接合于底座上。可替代地，也可想象驱动组件接合于钻机支座(的底脚)上。优选地，驱动组件包括一个或多个长的伸缩液压千斤顶，例如从底座或钻井支座(的底脚)对角延伸至表面的两个液压千斤顶。由于机械构造，优选的是驱动组件接合于底座上而非钻机支座上，这是因为底座具有坚固得多的构造。
[0031]可替代地，驱动组件可包括绞车，例如具有一个或多个液压绞盘驱动马达和一个或多个缆线的液压绞盘。任选地，驱动组件整合至基底单元中，并接合于底座上。在一个实施方案中，基底单元的驱动组件设置有滚筒型绞盘，所述滚筒型绞盘具有其上缠绕缆线的滚筒。为了增加由绞盘施加的力，缆线优选在第一组滑轮与第二组滑轮之间以多绳(mult1-fall)布置方式经过，所述第一组滑轮连接至基底单元，所述第二组滑轮连接至底座的移动部分。包括泵和液压油箱的液压动力单元可整合至基底单元中，以将液压动力提供至基底单元的绞盘。在一个优选实施方案中，绞盘具有一个或多个液压驱动马达，且基底单元设置有包括泵和用于液压流体的油箱(更优选地，具有电动泵马达的泵和设置有燃料驱动的发电机的基底单元)的液压动力单元，所述燃料驱动的发电机提供用于泵马达的电力和可能的液压系统的电动控制。除了液压绞盘之外，可设置更多的液压致动器(例如如本文所述的钻台部件致动器)和可能的用于其他另外的功能(例如移动钻台的底板等)的一个或多个液压致动器。可例如实施液压系统的控制以获得远程控制，例如如起重机领域中已知的携带控制箱的操作者。
[0032]本发明的模块化可变形钻机系统还包括管道装载机，所述管道装载机用于将诸如钻管和/或隔水管和/或套管的管道装载至钻机支座中。优选地，管道装载机呈现为紧凑的管状处理装置，其可在单个集装箱中运输，如本 申请人:可得。
[0033]如前所述，本发明的钻机系统包括基底结构，其中基底单元并排延伸，且基底单元之间具有间隔。根据本发明，所述间隔的尺寸形成为接收运载钻机支座的在其基本水平的连接位置中的至少底脚部分的车辆，使得所述钻机支座的底脚布置在所述基底单元之间，并可连接至连接位置中的在其基本上水平的底座。另外，所述间隔的尺寸形成为在由经连接的底座和钻机支座形成的单元枢转至基本上竖直的操作位置之后，可接收管道装载机。因此，当组装钻机系统时，使用基底单元之间的间隔组装钻机支座，且在所述支座位于其操作位置中之后，利用基底单元之间的同一间隙并使用管道装载机装载和卸载管件。这具有如下优点:在钻机安装和钻机支座移动的过程中以及在钻机的操作模式中使用管道装载机处理管件的过程中，井心保持无障碍。就安全性而言这是另外的优点:在组装和安装钻机系统过程中不会扰动灵敏的井心。
[0034]系统的其他钻机构件可包括例如钻台部件、绞车、防喷器(BOP)、司钻室、管道缸(pipe tub)、管架、泥衆泵、振动罐等。
[0035]在一个可能的实施方案中，钻机系统还包括适配成形成操作模式下的钻台的一个或多个钻台部件，所述操作模式下的钻台在所述基底结构上方位于提升位置处，其中当钻机支座在其竖直操作位置时，所述一个或多个钻台部件安装于钻机支座中。应注意，钻台部件可包括实际钻台(例如包括钻台板)，但也可由钻台框架部件形成，例如在之后阶段中将台板等安装于所述钻台框架部件的顶部或安装至所述钻台框架部件上。例如，将在基底单元上方在支座外部存在于相对侧上的钻台部件升起至竖立之后的所述支座上，或者升起至来自支座部段的一个或多个钻井部件的部分(例如作为可在操作位置中展开的铰接瓣)上。
[0036]应注意，也可预期一种系统，其中基底单元本身不在钻机的操作位置中具有包括钻台(或其部分)或支撑钻台板的钻台部件，而是相反，如上所述作为基底单元的部分的钻台部件由梁或框架替代，所述梁或框架构成四底座的移动杆部件。钻台部件则不是基底单元的部分，并可能之后安装于支座中。例如，将在基底单元上方在支座外部存在于相对侧上的钻台部件升起至竖立之后的所述支座上，或者升起至来自支座部段的一个或多个钻井部件的部分(例如作为可在操作位置中展开的铰接瓣)上。
[0037]根据本发明，设置在底座和驱动组件的钻机系统中来枢转作为一个单元的经连接的底座和钻机支座是有利的，因为这免于使用钻井绞车来竖立钻机支座。由于使用适配成连接至钻机支座，从而形成枢转至竖直操作位置的单元的底座，因此无需改变绞车，使得它们可致力于它们在钻井过程中的功能。使用绞车来枢转钻机支座的一个缺点在于，在能够升高支座之前，绞车的缆线需要在包括升高支座之前在钻机支座中提供的绞盘和滑轮的绞车位置之间穿过。另外，这需要绞车不仅适合在钻井操作过程中使用，还适合用于升高支座。另一缺点在于，所述安装复杂且耗时。
[0038]本发明提供一种在钻机支座和基底结构设置于接近井心的表面上时有效的安装。此外，提供根据本发明的底座和驱动组件提供了一个钻机的有利实施方案，其中钻机系统还包括钻井绞车。所述钻井绞车优选呈现为可通过车辆运输的构件。在有利的实施方案中，钻机支座或底座设置有绞车连接部件，所述绞车连接部件适配成在提升绞车位置处将绞车连接至钻机支座或底座。可能地，绞车位置在钻台上方隔开。可替代地，绞车位置在底座的悬臂式支座支撑件的水平处。这样，绞车不再设置于钻井区域中的地面上，而是在提升绞车位置中连接至钻机支座或底座。由此获得的钻井区域中的地面的无障碍在钻井操作过程中是非常有利的，并使得更有效的钻井过程成为可能。
[0039]任选地，具有连接至其的底座可操作用以从基本上水平的连接位置经由基本上竖直的操作位置移动至超过其竖直操作位置的倾斜位置，在所述倾斜位置中，所述支座能够将钻井绞车连接至钻机支座。例如通过起重机或通过使用车辆的任选特征(如活动底板)而例如将绞车从车辆中移出，从而优选在提升位置处将绞车提供至钻机支座。
[0040]还可选择地，钻机支座可设置有提升机装置，所述提升机装置适配成在所述支座在其竖直操作位置的情况下将钻井绞车升起至所述支座上的提升绞车位置。特别地，钻机支座提升机装置可包括在钻机支座的上端设置的起重机和与提升绞车位置相邻设置的辅助臂，其中辅助臂。
[0041]根据本发明的一个实施方案，当钻台部件在操作模式中时，司钻室设置于钻台部件上。可替代地，司钻室形成具有钻台元件的单元，由此形成单个单元，从而当将钻台升高至提升位置时，司钻室同时升高至其操作位置。
[0042]在一个实施方案中，钻机系统还设置有锁定机构，所述锁定机构适配成将底座锁定于其升高位置，所述锁定机构包括例如在底座与基底结构之间延伸的锁定杆。
[0043]在一个实施方案中，锁定杆基本上对角延伸。锁定杆的下端可枢转连接至基底结构，或枢转连接至基底结构在其上设置为操作模式的表面。锁定杆的上端可连接至底座或钻机支座。任选地，锁定杆设置有锁扣，所述锁扣将所述上端连接至在其升高位置中的底座，例如当到达所述位置时自动锁定。
[0044]在一个实施方案中，锁定杆设置有诸如液压减振器的减振器，以在到达竖直操作位置时对钻机支座的运动进行减振。
[0045]可能地，设置引导和/或提升机构，以在基本上水平的位置供应钻机支座时，例如在钻机支座位于车辆的拖车上时，将钻机支座的底脚引导和/或提升至底座，例如当所述底脚位于拖车上时所述引导机构适配成将所述底脚从其初始高度升高直至所述底座。所述提升机构优选使得钻机支座的底脚能够变为与底座适当对齐以允许它们连接。
[0046]本发明也涉及一种用于使根据权利要求1-17中的一项或多项所述的模块化可变形钻机系统进入操作模式的方法，所述方法包括如下步骤:
[0047]-在接近井心的表面上设置所述横梁，
[0048]-在与井心相邻的表面上设置所述细长基底单元；
[0049]-将所述基底单元连接至所述横梁，以形成在从上方观察时的C形布置；
[0050]-将所述底座连接至所述基底结构；
[0051]-设置，并可能组装在基本上水平的连接位置中的钻机支座，并将所述钻机支座的底脚连接至所述底座；
[0052]-操作所述至少一个驱动组件，从而使经连接的底座和钻机支座作为一个单元从基本上水平的连接位置枢转至基本上竖直的操作位置，从而在竖直操作位置中将所述钻机支座设置于井心上方。
【专利附图】
【附图说明】
[0053]参照附图，本发明在权利要求书中进一步描述并在下文解释，在附图中:
[0054]图1A和IB显示了在操作位置中在两个不同的立体图中根据本发明的模块化可变形钻机的一部分；
[0055]图2显示了在侧视图中的图1A和IB的模块化可变形钻机的部分；
[0056]图3显示了在俯视图中的包括管道装载机的图1A和IB的模块化可变形钻机的部分；
[0057]图4显示了在前视图中包括司钻室、钻台和钻井绞车的图1A和IB的模块化可变形钻机的部分。
【具体实施方式】
[0058]在图1A、1B、2和3中，在操作模式中在不同视图中显示了根据权利要求1的用于钻入井心W的模块化可变形钻机I。模块化可变形钻机I可在运输模式与操作模式之间变换。在运输模式中，钻机系统的多个构件可由车辆(未显示)运输。因此，单独构件的尺寸和任选的重量受限。在操作模式中，将构件组装成适配成钻入地面中的井心的钻机。这种钻机示于图1-3中。
[0059]钻机I包括钻机支座10、底座30和驱动组件40，所述底座30由基底结构20支撑，所述基底结构20用于将钻机支座I支撑于井心W的上方，所述驱动组件40在基本上水平的连接位置(未显示)与基本上竖直的操作位置(如图1-3中可见)之间枢转作为一个单元的经连接的底座30和钻机支座10，从而在竖直操作位置中将钻机支座10设置于井心W的上方。所述钻机系统还包括管道装载机50，所述管道装载机50用于将诸如钻管和/或隔水管的管道装载至钻机支座10中。所述管道装载机50可为任意类型的管状处理装置，并因此仅示意性地在图3中表示。
[0060]钻机支座10包括顶端1t和底脚1f。在所示实施方案中，钻机支座10由三个可运输支座部段组成:包括顶端lot的顶部部段10a、中间部段1b和包括底脚1f的底部部段10c。在钻机支座的顶端1t处，设置滑轮装置10s。优选地，所示实施方案的支座部段10a、1b和1c具有c形横截面，并具有三个格状侧面(具有在它们拐角处的竖直纵向柱)和在其间的格状框架。因此，所示实施方案的支座部段10a、1b和1c具有一个开放侧面10x，当支座相对于基底结构保持在总体水平位置中时，所述开放侧面1x面向下。开放侧面1x提供了开口，例如以允许将顶部驱动器带入支座部段的轮廓内的空间中。当钻机支座在竖直操作位置中时，开放侧面1x面向井心W的相对方向，从而允许通过管道装载机50带入管道。
[0061]基底结构20 (在此处为操作模式)设置于接近井心W的表面S上，以在其上支撑钻机支座I。基底结构包括设置于接近井心W的表面S上的横梁21。横梁21具有基本上矩形的形状，在所示实施方案中在井心W的侧面处可见较小的刻痕21i。在与井心W相对的侧面处，横梁21设置有适配成接收两个细长基底单元22a、22b的两组连接器部件(此处为在横梁远端处的容座21a和21b)。连接器部件可与横梁一体形成，或连接至横梁。这些基底单元22a、22b设置于与横梁21相邻的表面S上。每个基底单元22a、22b具有轴向端面22a，、22b，，所述轴向端面22a\22h^分别连接至容座21a,21b,以将基底单元22a,22b连接至横梁21。因此，横梁21和基底单元22a、22b形成C形布置(当从上方观察时)，具有远离井心W的在侧面的C的支柱，使得所述基底单元22a、22b并排延伸，且所述基底单元22a、22b之间具有间隔。这特别地在图3的俯视图中可见。基底单元22a、22b之间的间隔的尺寸形成为接收运载钻机支座的在其基本水平的连接位置中的至少底脚部分的车辆，使得所述钻机支座的底脚可布置在所述基底单元之间，并可连接至在其基本上水平的连接位置中的底座30。如图3中可见，基底单元22a、22b之间的间隔的尺寸形成为当钻机支座在其基本上竖直的操作位置中时接收管道装载机50。
[0062]应注意，横梁21和基底单元22a、22b形成三个可运输构件。所示的基底结构21还包括两个平行支撑梁23a、23b，所述两个平行支撑梁23a、23b适配成设置于与横梁21垂直且与井心W相邻的表面S上。这些支撑梁23a、23b可枢转连接至基底单元22a、22b以作为一个单元运输，或者可分开运输，并在钻井地点连接至基底单元。
[0063]在所示实施方案中，钻机I的基底结构20还设置有位移系统60，以在基本上水平的方向上相对于所述表面移动钻机I。在此处，位移系统60包括四个位移装置61、62、63、64以移动钻机。这些位移装置61、62、63、64可枢转连接至基底单元22a、22b以作为一个单元运输，或者更可能地分开运输，并在钻井地点连接至基底单元。优选地，所述位移装置对应于在共同待审的申请PCT/NL2013/050026中公开的装置。该文献描述的位移装置包括:可在伸展位置与收缩位置之间在基本上竖直的方向上伸展和收缩的位移底脚，在伸展位置中，所述位移底脚布置在支撑表面上，在收缩位置中，所述位移底脚脱离支撑表面。所述位移底脚包括提升致动器，以在收缩位置与伸展位置之间移动所述位移底脚，其中所述位移底脚包括下部部分和上部部分，其中所述下部部分构造为设置于支撑表面，且其中所述上部部分连接至钻机。所述下部部分可在至少一个基本上水平的方向上相对于所述上部部分移动，且其中所述位移底脚包括一个或多个位移致动器，以在至少一个基本上水平的方向上相对于彼此移动所述下部部分和上部部分。
[0064]钻机I还包括底座30，所述底座由基底结构20支撑，并将钻机支座I支撑于井心W的上方。所述底座可操作而在基本上水平的连接位置与基本上竖直的操作位置之间枢转，以能够将所述模块化可变形钻机的钻机支座I从基本上水平的连接位置移动至操作位置，其中钻机支座I在井心W上方基本上竖直设置。为此，提供底座30，其适配成在其基本上水平的连接位置中将其下端枢转连接至所述基底结构20。在所示实施方案中，底座30作为包括两个臂31a、31b的单个单元形成，所述两个臂31a、31b在其下端枢转连接至所述基底结构20。在此处，臂31a、31b连接至横梁21，考虑到扭转力，这是有利的。可替代地，底座可连接至基底单元。特别地，臂31a、31b在此处围绕底座枢转轴线P与容座21a、21b相邻连接至横梁21。
[0065]在所示的实施方案中，悬臂式支座支撑件32连接至臂31a、31b的上端，或与臂31a、31b的上端一体形成。如所示，悬臂式支座支撑件32在基本上竖直的操作位置中向臂31a、31b的前方延伸。悬臂式支座支撑件32适配成在基本上水平的连接位置中连接至钻机支座I的底脚1f，并适配成在基本上竖直的操作位置中将钻机支座I支撑于井心W上方。
[0066]钻机系统还设置有驱动组件40，以在基本上水平的连接位置(未显示)与基本上竖直的操作位置(如图1-3中可见)之间枢转作为一个单元的经连接的底座30和钻机支座10。驱动组件40在此处由两个液压千斤顶41、42组成，所述两个液压千斤顶41、42分别从基底单元22a、22b延伸至悬臂式支座支撑件32，所述悬臂式支座支撑件32在空间中基本上对角延伸。特别地，液压千斤顶41、42延伸至悬臂式支座支撑件32的侧面32w，所述侧面32w与悬臂式支座支撑件32的管道装载机侧32p相对，并与井心W相邻。具体地，液压千斤顶41、42经由枢转轴线33可旋转地连接至悬臂式支座支撑件32的侧面32w，并围绕枢转轴线34可旋转地连接至基底单元。
[0067]可替代地，驱动组件可整合至基底单元中，并包括例如绞盘(例如液压驱动绞盘)和连接至所述绞盘的缆线，如在以引用方式并入本文的优先权申请US 61/607, 309中所述。
[0068]优选地，钻机系统还设置有锁定机构60，所述锁定机构60适配成将底座30锁定于其升高位置。在所示的实施方案中，锁定机构60包括平行的锁定杆61a、61b，所述平行的锁定杆61a、61b在底座30与基底结构2之间延伸，在此处在空间中基本上对角延伸。特别地，锁定杆61a、61b的上端特别地经由枢转轴线63在管道装载机侧32p处可枢转地连接至底座的悬臂式支座支撑件32。不可见地但优选地，锁定杆61a、61b的上端设置有锁扣，所述锁扣将底座30的上端连接至在其升高位置中的底座30，例如当所述到达位置时自动锁定。锁定机构的下端围绕枢转轴线64可枢转地连接至基底单元22a、22b。优选地，锁定杆61a、61b设置有诸如液压减振器的减振器65，以在到达竖直操作位置时对钻机支座I的运动进行减振。
[0069]在图4中，在前视图中显示了操作模式中的模块化可变形钻机I。在该实施方案中，也提供了形成操作模式中的钻台的部分的钻台部件70。钻台部件70位于所述基底结构20和底座30上方的提升位置处，并且一旦所述钻台部件70在其竖直操作位置中时，其直接连接至钻机支座10。任选地，钻台部件也由底座的悬臂式支座支撑件32支撑。在所示实施方案的钻台部件70上设置司钻室72。
[0070]在图4中还设置了模块化可变形钻机系统的钻井绞车75。在该实施方案中，绞车75连接至底座，特别地连接至底座的悬臂式支座支撑件32。可替代地，钻机支座可设置有绞车连接部件，以将绞车连接至钻机支座。有利地，钻井绞车在表面S上方在提升绞车位置76处提供，从而使得表面，特别是与井心相邻的表面无障碍。提升绞车位置76的另一优点在于，当位移装置61、62、63、64致动时，绞车可与钻机系统一起位移。
【权利要求】
1.模块化可变形钻机系统，其由多个构件组成，所述系统可在运输模式与操作模式之间变形，在所述运输模式中，所述系统的构件可由车辆运输，在所述操作模式中，将所述构件组装成适配成钻入地下井心中的钻机，所述系统包括: -钻机支座，所述钻机支座可在基本上水平的连接位置与在井心上方基本上竖直的操作位置之间移动，所述钻机支座具有顶端和底脚， -基底结构，所述基底结构适配成以操作模式设置于接近井心的表面上，以在其上支撑钻机支座，所述基底结构包括适配成设置于接近井心的表面上的横梁， -底座，所述底座适配成在其基本上水平的连接位置中在其下端围绕底座枢转轴线枢转连接至所述基底结构，优选枢转连接至所述横梁；所述底座能够操作而在基本上水平的连接位置与基本上竖直的操作位置之间枢转；所述底座适配成在基本上水平的连接位置中连接至所述钻机支座的底脚，并适配成在基本上竖直的操作位置中支撑井心上方的钻机支座； -至少一个驱动组件，所述至少一个驱动组件在基本上水平的连接位置与基本上竖直的操作位置之间枢转作为一个单元的经连接的底座和钻机支座，从而在竖直操作位置中将所述钻机支座设置于井心上方， -管道装载机，所述管道装载机用于将诸如钻管和/或套管的管道装载至所述钻机支座中， 其中所述基底结构还包括适配成设置于与所述横梁相邻的表面上的至少两个细长的基底单元，所述基底单元各自能够连接至所述横梁而形成当从上方观察时的C形布置，具有远离井心的在侧面的C的支柱，使得所述基底单元并排延伸，所述基底单元之间的间隔的尺寸形成为接收运载钻机支座的在其基本水平的连接位置中的至少底脚部分的车辆，使得所述钻机支座的底脚布置在所述基底单元之间，并能够连接至在其基本上水平的连接位置中的底座，并且所述基底单元之间的间隔的尺寸形成为在由经连接的底座和钻机支座形成的单元枢转至基本上竖直的操作位置之后接收管道装载机。
2.根据权利要求1所述的系统，其还包括适配成形成在操作模式下的钻台的一个或多个钻台部件，所述在操作模式下的钻台在所述基底结构上方位于提升位置处，其中当钻机支座在其竖直操作位置时，所述一个或多个钻台部件适配成安装于所述钻机支座中。
3.根据前述权利要求中的一项或多项所述的系统，其中所述基底结构还包括两个支撑梁，所述两个支撑梁适配成设置于与所述横梁垂直并与井心相邻的表面上。
4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的系统，其中每个基底单元具有轴向端面，且其中所述横梁具有设置有两组连接器部件的侧面，每组连接器部件用于将所述横梁连接至基底单元的轴向端面。
5.根据前述权利要求中的一项或多项所述的系统，其中所述底座包括臂和悬臂式支座支撑件，所述臂适配成在基本上水平的连接位置中在其下端处枢转连接至所述基底结构；所述悬臂式支座支撑件连接至所述臂的上端，在底座的基本上水平的连接位置中向上延伸，在基本上竖直的操作位置中向臂的前方延伸，所述悬臂式支座支撑件适配成在基本水平的连接位置中连接至所述钻机支座的底脚，并适配成在基本上竖直的操作位置中支撑井心上方的所述钻机支座。 7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的系统，其中所述驱动组件整合至基底单元中，并包括例如绞车和连接至所述绞车的缆线，所述绞车例如为液压驱动的绞车。
8.根据前述权利要求中的一项或多项所述的系统，其中所述驱动组件接合于所述底座上。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述驱动组件包括一个或多个液压千斤顶。
10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的系统，其还包括锁定机构，所述锁定机构适配成将所述底座锁定于其升高位置，所述锁定机构包括例如在所述底座与所述基底结构之间延伸，例如在空间中基本上对角延伸的锁定杆。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述锁定杆的上端设置有锁扣，所述锁扣将所述底座的上端连接至在其升高位置中的底座，例如当到达所述位置时自动锁定。
12.根据权利要求10或11所述的系统，其中所述锁定杆设置有诸如液压减振器的减振器，以在到达竖直操作位置时对所述钻机支座的运动进行减振。
13.根据前述权利要求中的一项或多项所述的系统，其还包括钻井绞车，其中所述钻机支座或底座设置有绞车连接部件，所述绞车连接部件适配成在提升绞车位置处将所述绞车连接至所述钻机支座或底座。
14.至少根据权利要求13所述的系统，其中具有连接至其的钻机支座的底座能够操作而从基本上水平的连接位置经由基本上竖直的操作位置移动至超过其竖直操作位置的倾斜位置，在所述倾斜位置中，所述钻机支座能够将所述钻井绞车连接至钻机支座。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述钻机支座设置有提升机装置，所述提升机装置适配成在所述钻机支座在其竖直操作位置的情况下将钻井绞车升起至所述钻机支座上的提升绞车位置。
16.根据前述权利要求中的一项或多项所述的系统，其中所述系统包括引导或提升机构，以在基本上水平的位置供应钻机支座时，例如在钻机支座位于车辆的拖车上时，将所述钻机支座的底脚引导和/或提升至所述底座，例如当所述底脚位于拖车上时所述引导机构适配成将所述底脚从其初始高度升高直至所述底座。
17.根据前述权利要求中的一项或多项所述的系统，其中所述钻机支座由多个能够运输的支座部段组成，且其中所述驱动组件适配成将基本上水平取向的由所述支座部段组成的钻机支座从所述水平位置移动至其竖直操作位置。
18.用于使根据权利要求1-17中的一项或多项所述的模块化可变形钻机系统进入操作模式的方法，所述方法包括如下步骤: -在接近井心的表面上设置所述横梁， -在与井心相邻的表面上设置所述细长的基底单元； -将所述基底单元连接至所述横梁，以形成在从上方观察时的C形布置； -将所述底座连接至所述基底结构； -设置，并可能组装在基本上水平的连接位置中的钻机支座，并将所述钻机支座的底脚连接至所述底座； -操作所述至少一个驱动组件，从而使经连接的底座和钻机支座作为一个单元从基本上水平的连接位置枢转至基本上竖直的操作位置，从而在竖直操作位置中将所述钻机支座设置于井心上方。
【文档编号】E21B15/00GK104160106SQ201380012548
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年3月1日 优先权日:2012年3月6日
【发明者】D·B·韦宁, J·鲁登伯格 申请人:伊特里克公司