用于石油钻机的软管卷轴的制作方法

交叉引用段落

本申请要求于2017年7月21日提交的题目为“hosereelforoilrigs”的美国非临时申请no.15/656144的权益，其公开内容通过引用并入于此。

背景技术：

石油钻机已经被用于从井中提取烃已有多年历史。当今仍在使用的许多技术是在多年前开发的，并在当今的钻机中得以保留，仅仅是因为它们始终是进行工作的方式。这样的一个示例是向石油钻机供应诸如空气、水、泥浆和水泥等流体的方式。在典型的安装中，将钻机放置在远离这些流体源的位置，并建造一条软管将这些流体泵入和运出钻机。软管由相对较短(长度大约为十或二十英尺)的软管和/或管段构成。每个长度都由锤击管接头连接，这是由钻机现场的熟练技术人员执行的。就时间和其他资源而言，该方法是昂贵的。

技术实现要素：

在此描述了各种特征以说明本公开的某些实施例。在一些实施例中，本公开针对一种用于石油钻机的软管卷轴。该卷轴可以包括具有中心轴的旋转鼓状件和软管，该软管构造为缠卷在卷轴上，使得该鼓状件的旋转导致该软管卷在卷轴上或从卷轴放出。软管的额定压力大于5,000psi。该卷轴还包括端口臂，该端口臂联接至软管并且构造成提供来自软管的流体通道；以及卷轴端口，该卷轴端口可旋转地联接到端口臂，以允许端口臂随旋转鼓状件旋转。在一些实施例中，软管卷轴不大于十二英尺高且不大于十二英尺宽，以允许使用标准道路和最小许可经由卡车运输。

本公开的进一步的实施例针对一种石油钻机，其包括能够在油井之间移动的基座，以及由该基座承载的软管卷轴。软管卷轴可相对于基座旋转。软管卷轴可以具有软管，该软管至少部分地缠绕在软管卷轴上并且能够在基座在油井之间移动时被动地放出所述软管。软管的长度可以在40和150英尺之间。

本公开的又一实施例涉及一种软管卷轴组件，该软管卷轴组件包括具有轴的基座以及旋转鼓状件，该旋转鼓状件联接至该轴以允许该旋转鼓状件绕该轴旋转。该组件还可以具有长度在40和150英尺之间且额定压力大于5,000psi的软管。基本上，整个软管部分以单层盘卷缠绕在旋转鼓状件上。

附图说明

图1是根据本公开的实施例的软管卷轴的左右两个等距图示；

图2是根据本公开的实施例的卷轴的分解图；

图3是根据本公开的实施例的软管和端口臂的侧视图；

图4是根据本公开的实施例的软管卷轴的前视图；

图5示出了根据本公开的实施例的软管卷轴组件的顶视图；

图6示出了根据本公开的实施例的卷轴组件的前视图，该卷轴组件包括基座、轴和鼓状件；

图7是根据本公开的另外的实施例的软管卷轴组件的侧视图；

图8是根据本公开的实施例的软管卷轴组件的图示，其中，软管卷轴仅包括单个鼓状件部分；

图9示出了根据本公开的实施例的软管卷轴组件的又一些实施例；

图10是根据本公开的方面的井网和钻机移动方案的图示。

具体实施方式

由于工作中固有的许多限制，将流体输送到石油钻机是一项具有挑战性的提议。在当今的油田中，油井以更多变化的井网分布，包括非线性或网格状井网分布，而在过去的几年中，油井以直线分布且各井之间的距离更大。先前的方法是要使用离散的、相对较短的软管段，当钻机在井间移动时，这些软管段通过锤击管接头结合在一起。如果孔间隔开使得软管和/或管段匹配井之间的距离，则该方法可能是有效的。软管段方法也可能不适用于以非线性布置分布的井，因为它在适应非线性井网方面的能力受到一定限制。

在石油钻机上最常用的四种流体是空气、水、泥浆和水泥，尽管本公开不限于这些流体。为此，本公开不限于用于石油钻机，并且可以在其他领域中使用，例如建筑、军事、消防、农业等。水泥和泥浆提出的一个挑战是软管是由更加耐用和耐压的材料制成的，其尺寸超过了其他应用的尺寸。在一些实施例中，本公开的软管被额定为保持在5,000和10,000psi之间的压力。它们的外直径可以为7英寸，内直径为2英寸。软管可以由编织的钢和/或尼龙材料制成，以支撑压力以及流体的有害性质，例如腐蚀性或毒性。因而，如果这些软管弯曲的半径小于规定的最小弯曲半径，则可能会损坏它们。有些软管根本无法弯曲超过其规定的最小弯曲半径。另外，软管足够重，以至于没有马达形式的机械辅助，就不可能手动转动缠绕有软管的卷轴。考虑到这些参数，本公开的软管的长度可以在40和150英尺之间，从而极大地减少了工作量以及在钻机上操作软管所需的时间和资源。

然而，在此公开的对软管卷轴的另一个限制是运输限制。在美国，许多管辖区对在道路上运输的物体的高度、宽度和重量都有限制。例如，许多州将任何拖车或卡车的高度限制在十二英尺高、十二英尺宽。这些限制中的一些限制使封壳的高度不超过16英尺，但它们可能需要更昂贵的许可证，并且可能会有某天/某周的时间限制，甚至还有路线限制。有些桥梁的高度不足以运输某些物体，因此没有许可证可以更改此。

图1是根据本公开的实施例的软管卷轴100的左右两个等距图示，其中在两个图示中，附图标记用于相同的指示物。软管卷轴100包括基座102、轴104和鼓状件106。鼓状件106具有两个轴向分开的部分：第一部分108和第二部分110。这两个部分108和110可以由隔板112分开。两个部分108，110可具有不同的直径以容纳不同宽度的软管。在一些实施例中，卷轴100(包括卷轴、基座和拖车或卡车)的总宽度不大于十二英尺、高度不大于十二英尺，从而允许拖车或卡车在常见运输限制范围内运输卷轴100。

鼓状件106可在鼓状件106的外周上具有外凸缘114，以帮助将软管保持在鼓状件106上的适当位置。软管在此未示出，并且稍后将在本公开中示出。在一些实施例中，两个部分108和110用于旨在用于不同流体的软管。例如，第一部分108可以用于水泥，第二部分110可以用于泥浆。鼓状件106可具有狭槽以容纳将鼓状件106装载到轴104上。鼓状件106可被铆接，螺栓连接，焊接或以其他方式紧固至轴104，使得鼓状件106可相对于轴104和支架102旋转以根据需要将软管卷上或放出。

软管卷轴100还包括流体端口118和120，在卷轴100的每一侧上一个流体端口。在一些实施例中，单个端口可以在卷轴100的任一侧上使用。在一些实施例中，流体端口118，120相对于轮轴104同心。可使用可旋转的接头使鼓状件106相对于流体端口118，120旋转。可将流体泵入流体端口118，120。流体端口118，120与软管流体连通，使得泵送流体通过端口118，120导致流体进入并通过软管。软管和流体端口118，120可用于沿任一方向将流体移动到端口中，然后移动到软管中，或从软管移动到端口，再从卷轴100中移出。

卷轴100还包括马达124，该马达可操作地连接至轴104和鼓状件106，使得马达124为鼓状件106相对于基座102的旋转运动提供动力。马达124可以是电动马达、液压马达、气动马达或任何其他合适的动力源，这些动力源构造为旋转鼓状件106，以使软管从卷轴100卷上和放出。

图2是根据本公开的实施例的卷轴100的分解图。卷轴包括端口臂129，端口臂联接至图1所示的端口118的内部区域。组装时，端口臂129位于鼓状件106内。端口臂129包括轴向部分136、板143、弯曲部133、径向部分130和软管联接器132。板134可在中心区域处紧固到鼓状件106。弯曲部133联接在板和径向部分130之间。软管联接器132联接到径向部分130和缠绕在鼓状件106上的软管。随着鼓状件106旋转，端口臂129随之旋转。轴向部分136可具有可旋转的接头，以允许端口臂129相对于端口118旋转。轴向部分136可具有锤击管接头，将其联接至端口118，并且可旋转的接头可位于端口118的外部。轴向部分136可具有机加工面，该机加工面位于基座102的分体式轴承中。基座102可具有分体式轴台轴承131或另一种合适的轴承，以支撑鼓状件106的重量并允许旋转。板134可以具有安装到其上的驱动链轮，该驱动链轮可以被马达124接合。在一些实施例中，端口臂129是中空的，并且引导来自进入卷轴100的管线和缠绕到鼓状件106上的软管的流体。

卷轴100可具有第二端口臂140，该第二端口臂与端口臂129基本相似，包括轴向部分150、板148、弯曲部146、径向部分142和软管联接器144。第二端口臂140可以构造成与不同的材料一起使用，并且因此可以具有与端口臂129不同的尺寸。马达124可以位于卷轴100的任一侧上，或者可以有两个马达，每侧一个马达。

在一些实施例中，鼓状件部分108、110可形成为相对于彼此旋转，以允许一个软管独立于另一个软管放出。在此情况下，可以有两个马达，每侧一个，其被构造为移动鼓状件部分108、110。

图3是根据本公开的实施例的软管160和端口臂129的侧视图。鼓状件、基座和其他部件在此视图中隐藏，以突出显示某些特征。如162处所示的，将软管160的一部分从卷轴上解开。卷轴可以沿逆时针方向旋转以如箭头a所示放出软管。随着卷轴旋转，端口臂129也绕着卷轴的圆周旋转使得流体可以被泵送穿过软管160。端口臂129包括软管联接器132，其构造成容纳来自端口臂129并进入缠绕的软管部分中的弯曲部。由于软管160中的流体的压力和其他特性，该弯曲部的尺寸由约束驱动。

图4是根据本公开的实施例的软管卷轴100的前视图。卷轴100包括基座102、轴104、具有第一部分108和第二部分110的鼓状件106、两个端口臂129和两个对应的软管联接器132，其大体上类似于本公开的其他图中所描述的特征。卷轴100还示出了通向卷轴100的两个软管：166a和168a。这些软管分别联接到绕线轴的软管166b和168b。软管166和168的直径不同以适应具有不同要求或受到不同约束的流体。在一些实施例中，两种流体是水泥和泥浆。鼓状件106的部分108和110的尺寸被确定为适应尺寸差异。在详细部分中所示的一些实施例中，鼓状件部分108和110的直径也不同，以如b线所示那样对准缠绕的软管166b和168b的中心线。在一些实施例中，第一部分108在直径为七英寸的软管中输送泥浆，第二部分110在直径为五英寸的软管中输送水泥。软管在当缠绕到鼓状件106上时具有穿过软管的中心的中心线。可以选择鼓状件部分108和110的直径，以使两个软管的中心线对于两个部分是相同的。换句话说，第一鼓状件部分108的半径加上第一鼓状件部分108所承载的软管的半径等于第二鼓状件部分110的半径加上第二鼓状件部分110所承载的软管的半径。这些不应被解释为限制性的实施例。可以选择这些尺寸以考虑到软管在缠绕到鼓状件106上时的某些变形，或者软管可以是这样的，使得当软管缠绕到鼓状件106上时几乎没有变形或可忽略不计的变形量。在一些实施例中，软管具有一定长度，该长度被缠绕在鼓状件部分上以形成恰好覆盖所述鼓状件106的表面的一层软管，从而使该单层软管盘卷的中心线精确地已知。在一些实施例中，软管具有七英寸的直径和大约150英尺的长度，并且鼓状件的直径大约是十英尺。在其他实施例中，软管的最小弯曲半径为五英尺。其他实施例包括在2.26”和7.41”之间的软管或管道，其压力额定值在5,000psi和15,000psi之间，并且弯曲半径为20”到60”。基于弯曲半径，卷轴的直径范围为40英寸到120英寸。

图5示出了根据本公开的实施例的软管卷轴组件100的顶视图。类似于在此中示出的其他实施例，软管卷轴组件100包括基座102、轴104和鼓状件106。鼓状件106可以具有两个部分108和110，可以选择性地允许它们围绕轴104相对于彼此旋转。在一些实施例中，可以使用销或离合器来选择性地允许鼓状件部分108和110相对于彼此旋转。组件100还包括在概念上示出的马达124，该马达联接至两个鼓状件部分108、110之间的隔板112。马达124可以选择性地联接至一个或两个鼓状件部分，以允许利用来自马达124的动力选择性地对鼓状件部分进行动力旋转。

图6示出了根据本公开的实施例的卷轴组件100的前视图，其包括基座102、轴104和鼓状件106。组件100还示出了软管联接件132，其是端口臂129的一部分，在图2和3中以更大的优势示出。请注意，在软管缠绕到卷轴上时，软管接头132如何与软管所在的位置对准。

图7是根据本公开的另外的实施例的软管卷轴组件100的侧视图。组件100具有三个详细部分b，c和d。详细部分b示出了马达-鼓状件接口的进一步细节。鼓状件具有轮毂169和固定在其上或形成在轮毂169中的链轮170。马达124与链轮170可操作地接合，以使卷轴旋转。轴104可以由分体式式轴台轴承172或其他合适的机械紧固件支撑。详细的部分c示出了开关178，其可操作地联接至马达124并且被构造为允许马达124的致动。在一些实施例中，马达124还可以作为制动器操作，例如在电动马达的情况下。详细的部分d示出了接口174，以允许访问马达124的动力。图7还示出了销176的放大图，该销可用于根据需要使马达与鼓状件106接合或脱开。

图8是根据本公开的实施例的软管卷轴组件200的图示，其中，软管卷轴仅包括单个鼓状件部分。组件200的其他方面可以大体上类似于在此其他地方所描述的特征。

图9示出了根据本公开的实施例的软管卷轴组件300的又一实施例。图9示出了组件300的顶视图和侧视图。组件300包括卷轴302和滑道304。滑道304可以是被构造为允许容易地运输卷轴302的平台。卷轴302可以安装有轴承或辊以围绕竖直轴线旋转，以使软管相对于钻机以一定角度放出。这在钻机沿非线性井网移动的情况下是很有用的。在一些实施例中，钻机可被构造成允许在钻机移动时被动释放一个或多个软管。这消除了对如以前那样经由锤击管接头手动构造软管的需要。

图10是根据本公开的方面的井网和钻机移动方案的图示。示出了在三个不同的井场202、204和206处的石油钻机200。钻机200沿着井场202和204之间的路径208以及沿着井场204和206之间的路径210移动。钻机200可以配备有根据本公开的实施例的软管卷轴，其允许在钻机200在井场之间移动时放出相对长的软管。在一些实施例中，软管的长度可以在0至150英尺之间。软管联接到流体源218。流体实际上可以是任何流体。对于许多目的，流体是空气、水、水泥或泥浆中的一种或多种。可以有多个软管，每种流体一个或多个。当钻机200移动到第一井场202时，软管将沿反映出钻机到达第一井场202所经过的直线路径的直线212放出。当钻机移到第二井场204时，软管继续被动地或在一些机械辅助下放出，但是由于第二井场204不与第一井场202对准，因此软管将需要弯曲，如214所示。本公开的软管卷轴可以旋转以允许该弯曲。此外，从卷轴使用单个软管段的性质更适合于在非线性布置的井场之间移动。在先前的技术下，软管将需要一次手动地构造一个20-30英尺的部分，比在此公开的技术需要更多的时间和资源支出。

给出前述描述以突出本公开的某些特征，并且给出的任何示例是用于说明而非限制。本领域普通技术人员将认识到，充分描述了本公开的特征和方面，以使得它们能够在无需过度实验的情况下制造和使用本公开的特征。应当理解，给出诸如前、后、右、左、下、上等的相对术语以帮助理解某些附图，并且不以限制方式使用。