在钻机上分离钻柱的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钻杆处理设备以及对钻柱的杆进行分离的一种方法。
【背景技术】
[0002]勘探钻进典型地涉及钻到数千米的地下深度。因此，随着钻柱进入到钻井中，有必要连接和安装连续段的管或杆。
[0003]钻杆(根据它们的具体构造)每个重量可以在十到二十千克之间并且长度在大约二到三米。通常地，通过设置在相应的杆端部处的阳型和阴型螺纹连接对钻杆进行互连。此外，在钻井期间，每隔一段时间，典型地不可避免的必须替换钻柱最底端的钻头或其它刀具。该替换过程涉及:将整个钻杆从钻孔中取出，替换最底端部分并且然后重新安装整个钻柱，此后可以继续钻井。在实践中，且根据岩石条件，每个钻孔采取十到二十次取回操作并不罕见。因此，需要被处理非常大数目的钻杆，特别是将其从运输机或输送载架拿到钻机，钻杆在钻机上准备好轴向排列并联接到钻柱。当然，在钻柱取回期间，也需要相反的操作。杆处理系统实例被公开在US 3, 043, 619 ；GB 2334270 ；W0 00/65193和TO 2011/129760中。
[0004]杆处理系统可以典型地包括具有用于夹持钻杆的专用夹具的机械手臂。在向前钻井操作期间，机械手臂被布置用来拿起在运输机或中间载架处的钻杆并且将钻杆放置在钻机中，钻杆在钻机上被连接到已经安装的钻杆，以延长钻柱。在钻柱取回操作期间，机械手臂被布置用来从钻机拿起被拆卸的杆并且重新将它们放置到运输机或中间载架上。
[0005]为了提供不需要常规手动干预的完全自动系统，期望的是杆处理系统能够将钻杆连接到已安装的钻杆和将钻杆从已安装的钻杆拆下。
[0006]通常地，当夹具将杆从钻柱上松开，以为运输到储存位置作准备时，没有准确的方法检测在夹具中的杆何时被从钻柱卸下并且特别是从螺纹端完全拆卸。尝试解决该问题的一些实例被公开在 GB 2443955 ；US 2004/0223533 ；US 2009/0056467 ；US 2004/0174163 ；US 2010/0132180 ；W0 2008/028302 ;W0 2005/033468 和 US 2012/0273230 中。因此，需要一种用于拆卸钻杆的能解决以上问题的杆处理系统。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供在钻机上有效地并且可靠地分离钻柱的杆的设备和方法。进一步的具体目的是提供装置，用于识别和可靠地控制钻柱的杆的螺纹连接的松开，以使端杆能够从钻机被运输到储存地点。进一步的目的是提供方法和一系列的步骤，用于控制螺纹连接的分离，以精确地确定端杆何时已经被完全分离。
[0008]通过提供可根据分离方法操作的杆处理设备和钻机，以允许对钻柱的端杆的相对轴向移动进行感测和检测，以精确地识别端杆被分离且可被运输的时刻，从而达到这些目的。根据本发明的设备和方法，提供节省时间和效率的工序，避免在钻柱从钻孔的取回工序中的不必要的中断。特别地，通过提供具有夹持单元的杆处理设备来达到这些目的，在所述夹持单元中，滑撬被安装在位于夹具框架处的轴向“浮动”的构造中，其中，通过至少一个传感器布置监测滑撬的轴向滑行移动。在滑撬上的衔接器接触并保持钻柱的端杆，使得端杆也被以相对于夹具框架“浮动”的关系悬挂着。
[0009]根据本发明的第一个方面，提供一种从通过螺纹连接联接在一起的钻柱上拆卸端杆的方法，该方法包括:在螺纹连接的脱离接合方向上，相对于剩余的钻柱初始地转动端杆，以从钻柱部分地拆卸端杆；移动夹具单元进入与被部分地拆卸的端杆接合状态，所述夹具单元具有框架和滑撬，滑撬被悬挂在框架处，以能够相对于框架轴向滑动，所述滑撬具有杆衔接器，以接合并保持端杆；其特征在于:经由杆衔接器，在脱离接合方向上进一步转动端杆，以使端杆从钻柱进一步分离；以及使用至少一个传感器监测框架上的滑撬的相对轴向位置，以确定螺纹连接的分离和端杆从钻柱的分开。
[0010]优选地，方法包括经由至少一个偏置部件在框架上轴向地偏置滑撬，以对滑撬相对于框架的轴向地向前(F)或向后(R)移动提供阻力。
[0011]可选地，并根据一个实施方式，方法包括:在进一步转动端杆的步骤之前，在滑撬大体上静止并且与端杆接合的同时，将框架轴向地向后(R)移动离开钻柱，以将框架相对于滑撬偏置；以及在进一步转动端杆的步骤之后，在监测框架上的滑撬的轴向位置的同时，从钻柱轴向地向后(R)移动框架。
[0012]可选地，并根据【具体实施方式】，方法进一步包括:在进一步转动端杆的步骤之前，在滑撬大体上静止并且与端杆接合的同时，将框架轴向地向后(R)移动离开钻柱，以将框架相对于滑撬偏置；以及在进一步转动端杆的步骤期间，在监测框架上的滑撬的轴向位置的同时，从钻柱轴向地向后(R)移动框架。
[0013]可选地，并根据【具体实施方式】，方法包括:在进一步转动端杆的步骤之前，在滑撬大体上静止并且与端杆接合的同时，轴向地向后(R)移动框架离开钻柱，以将框架相对于滑撬偏置；并且其中，监测框架上的滑撬的相对轴向位置的步骤包括识别滑撬相对于框架的轴向移动方向的改变，该轴向移动方向的改变对应于与螺纹连接的分离相关的端杆相对于钻柱的轴向移动方向的改变。
[0014]可选地，进一步转动端杆的步骤包括:当从钻柱轴向地向后移动端杆时，维持框架的轴向位置，以相对于框架偏置滑撬；并且其中，监测滑撬和框架的相对轴向位置的步骤包括识别滑撬相对于框架的轴向移动方向的改变，该轴向移动方向的改变对应于与螺纹连接的分离相关的端杆相对于钻柱的轴向移动方向的改变。
[0015]优选地，方法包括使用至少一个第一偏置部件使滑撬在框架上偏置，以阻碍滑撬相对于框架的轴向向前移动(F)，以及使用至少一个第二偏置部件使滑撬在框架上偏置，以阻碍滑撬相对于框架的轴向向后移动(R)，所轴向向前(F)和轴向向后(R)移动是相对于钻柱的。优选地，第一和第二偏置部件包括螺旋弹簧，所述螺旋弹簧被安装围绕一对导轨中的一个导轨，所述一对导轨延伸在夹具框架的区域之间并且滑撬可滑动地安装在这一对导轨上。优选地，导轨包括并排延伸并彼此平行的伸长杆，所述伸长杆在第一相应端设置有第一对弹簧并且在相应的第二端设置有第二对弹簧。优选地，滑撬包括一对套筒或轨道衔接器，以允许沿着端部弹簧之间的轨道轴向滑动移动。
[0016]优选地，方法包括经由包围端杆的杆接合夹爪，将端杆夹持并保持在滑撬处。优选地，接合夹爪被安装在夹具单元处，以在与端杆的纵向轴线的横交的平面中侧向横向移动。优选地，接合夹爪沿着与纵向轴线相垂直的轴线大体上直线移动。可选地，接合夹爪可以被枢转地安装在夹具单元处，以在垂直于纵向轴线定向的平面中枢转。
[0017]可选地，进一步转动端杆的步骤包括使用至少一个可转动的构件驱动端杆的转动，所述至少一个可转动的构件被设置在杆衔接器处，其以与端杆摩擦接合的方式定位。
[0018]可选地，初始地转动端杆的步骤包括:利用钻机的杆保持器，在螺纹连接的轴向前方夹持钻柱；以及使用钻机的转动单元，在螺纹连接的轴向后方的区域转动端杆。
[0019]可选地，监测框架上的滑撬的相对轴向位置的步骤包括监测和/或检测框架的区域和滑撬的区域之间的轴向移动(F、R)。可选地，传感器被安装在滑撬处或框架处，并且被构造用于监测交替的框架或滑撬的区域的移动。因此，传感器可以包括两个或更多个部分，第一部分被安装在滑撬处且第二部分被安装在框架处。可选地，传感器或传感器布置可以包括如下集合中的任意一项或组合:光学传感器；激光器；相机；压力传感器，其被构造用于识别与框架和/或滑撬相联的液压或气动装置有关的液压或气压的改变；加速计；声音传感器；电子式传感器；电动式传感器；磁式传感器。
[0020]根据本发明的第二个方面，提供一种钻杆处理设备，该设备与钻机协作，将杆从钻柱拆卸和安装到钻柱，钻柱通过所述钻机形成，所述设备包括:夹具框架；滑撬，滑撬经由至少一个滑道(runner)安装在框架处，以能够在待被所述设备运输的杆的轴向上相对于框架滑动；偏置部件，其偏置滑撬相对于框架的轴向滑动移动；杆衔接器，杆衔接器被安装在滑撬处，以接合和保持待运输的杆；传感器，传感器位于滑撬处或框架处，被构造用于监测滑撬相对于框架的相对轴向位置；其特征在于，偏置部件包括:至少一个第一偏置部件，其被定位成偏置滑撬，以阻碍滑撬沿着所述至少一个滑道轴向向前移动(F);以及至少一个第二偏置部件，其被定位成偏置滑撬，以阻碍滑撬沿着所述至少一个