钻井管件储仓系统及该系统的使用方法 |
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| 申请号 | CN201380005941.8 | 申请日 | 2013-01-18 | 公开(公告)号 | CN104066922B | 公开(公告)日 | 2017-06-06 |
| 申请人 | 伊特里克公司; | 发明人 | A·A·德穆尔; D·B·韦宁; J·鲁登伯格; | ||||
| 摘要 | 一种钻井管件储仓系统，包括钻井管件储仓(2)和控制装置。所述储仓包括 框架 结构(2)和升降机构(4)用于保持多层多个钻井管件(6)。升降机构包括可提升的 支撑 结构(20)，以及左 液压缸 (22)和右液压缸(24)。支撑结构可从下方 位置 提升至上方位置。支撑结构以 水 平方式或以倾斜 角 升高和降低。升降机构包括第一左提升臂(34)和第一右提升臂(38)。第一左提升臂和第一右提升臂在第一端部处可旋转地连接至所述支撑结构，并且在与第一端部相对的第二端部处可旋转地连接至框架结构。左液压缸和右液压缸连接至各自的提升臂用于使各自的提升臂旋转。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种钻井管件储仓系统，包括钻井管件储仓和控制装置，所述钻井管件储仓包括框架结构(2)和升降机构(4)用于固定和提升多层钻井管件(6)， |
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| 说明书全文 | 钻井管件储仓系统及该系统的使用方法技术领域背景技术[0002] US-3,093,251公开了动力操作的管子储仓。管子储仓用于储存、运输和操纵细长的金属货物，特别是用在油井钻探操作中的管段。管子储仓包括由I形梁、H形梁制成的基部单元，和管件构件，以及三个主要支柱和在每一侧上的两个角柱。主要支柱在其上端处设置有狭槽从而容纳I形梁，所述I形梁可以铺设就位用于使管子滚动横穿闲置储仓的顶部到达钻机平台走道或者使管子从钻机平台走道滚动横穿闲置储仓的顶部。在储仓的每一侧处用管段形成顶部侧导轨，所述管段焊接并连接至主要柱和角柱。管子储仓的升降机构包括两个支撑横向构件、缆线、滑轮和液压系统。滑轮设置在主要支柱的外对上。 [0003] US-3,093,251的两个支撑横向构件从缆线端部悬挂在各对滑轮下方。缆线从交叉构件经过滑轮到达一对液压缸的活塞，所述液压缸在储仓的右端处可拆卸地安装在角柱的顶部并且与各个侧导轨对齐。液压系统进一步包括传感均衡器，所述传感均衡器包括两个针形节流阀的分流系统。液压均衡器保证在储仓中操控货物的水平情况，并且也可以采用故意使支撑横向构件倾斜从而帮助管子滚入储仓或从储仓中滚出。 [0004] 在US-3,093,251的储仓装载过程中，通过液压系统使支撑横向构件升高直至其上方凸缘与主要柱的顶部齐平，或略微低于该水平。然后使管段滚到支撑横向构件上，直至底层完成。当底层就位时，使金属或木质的横导轨横穿管子作为隔离物铺设就位从而提供用于第二层管子的滚动表面。启动液压系统从而使横导轨的顶表面与储仓柱齐平。然后使第二层管子在导轨上滚动就位，并且重复铺设导轨和降低的过程，直至储仓装满。 [0005] 为了卸载US-3,093,251的储仓，反向操作所述过程。通过启动液压缸(在某种意义上弹出活塞)来进行从储仓中调配(Dispensing)。所造成的缆线在支撑横向构件上的拉动使得储仓的整体内容物升高直至最顶层的管子就位从而滚动横穿储仓柱的顶部。当除去最顶排的管子时，除去松散的横导轨并且再次使内容物升高从而使下一层管子就位以将其除去。假设第一储仓清空，I形梁设置在主要支柱的上端中的狭槽中以使清空的储仓具有滚动平台从而从第二储仓或之后的储仓中进行调配。 [0006] 钻井管件储仓通常在严峻条件下使用，例如在沙漠化区域中(或通常在具有大量沙土、碎石、灰尘等的环境中)，在极高温或极低温条件或其它恶劣天气条件下等。对这种储仓的可靠性和操作安全性也提出高要求。已经发现，现有的钻井管件储仓设计在这些要求方面不令人满意。例如，缆线和滑轮在这些储仓所面临的操作环境下易于被显著磨损，这可能造成在不合意的速度下的故障并且甚至可能形成安全风险，因为磨损的缆线可能折断。 发明内容[0007] 本发明的目的是解决现有技术的缺点，或至少提供一种替代形式。特别地，目的是提供一种钻井管件储仓系统，所述钻井管件储仓系统比现有技术更为可靠同时允许安全操作。 [0008] 本发明通过提供钻井管件储仓系统及用于运输和储存钻井管件的方法实现该目的。 [0011] 框架结构包括底部框架、固定至底部框架的左侧框架，和固定至底部框架的右侧框架，左侧框架和右侧框架具有相同的高度，优选地，框架结构设置有ISO标准容器角件，最优选如在40ft(12.19m)ISO容器中的角件，从而允许有效地处理和运输装载或清空的储仓。优选地，储仓具有8英尺(2.44m)的宽度。在具有打开端部的可能的设计中，储仓可以装载有长度大于40ft的管件。在另一种设计中，储仓的端部封闭。 [0012] 升降机构包括可提升的支撑结构、左液压缸和右液压缸。可提升的支撑结构限定支撑平面用于支撑钻井管件，所述支撑结构可从下方位置提升至上方位置同时支撑钻井管件，在所述下方位置处支撑平面低于侧框架的高度的一半，在所述上方位置处支撑平面至少等于侧框架之一的顶部。 [0013] 设置和具体化控制装置用于启动左液压缸和右液压缸而使得可提升的支撑结构以水平方式升高和降低，并且用于启动左气缸和右气缸而使得可提升的支撑结构获得朝向左侧框架和右侧框架之一的相对于水平面的倾斜角。 [0014] 升降机构进一步包括第一左提升臂和第一右提升臂，所述第一左提升臂和第一右提升臂在竖直平面中可旋转，优选地每个提升臂沿着储仓的各自的侧框架的内部靠近地移动。 [0015] 第一左提升臂在第一端部处用第一左支撑结构枢轴可旋转地连接至可提升的支撑结构，并且在与第一端部相对的第二端部处用第一左框架结构枢轴可旋转地连接至框架结构。第一右提升臂在第一端部处用第一右支撑结构枢轴可旋转地连接至可提升的支撑结构，并且在与第一端部相对的第二端部处用第一右框架结构枢轴可旋转地连接至框架结构，使得第一左提升臂和第一右提升臂的旋转造成可提升的支撑结构提升、降低或倾斜。左液压缸连接至第一左提升臂用于使第一左提升臂旋转。右液压缸连接至第一右提升臂用于使右提升臂旋转。 [0016] 通过启动液压缸，各自的提升臂旋转并且提升或降低可提升的支撑结构的各个侧部。提升臂比缆线更为坚固并且由提升臂的故障造成的破坏比由折断缆线造成的破坏更小。出人意料地，通过单独的液压缸启动的提升臂仍然能够通过使提升臂旋转至不同的角度从而使可提升的支撑结构倾斜。 [0017] 注意到CA-1.170.220公开了用于重型细长圆柱形制品的容器。所述容器具有用于支撑制品的细长底部，在底部的相对侧上的用于将制品保持在底部上的侧壁，和与底部的每个端部邻接的提升组件。每个提升组件具有两个双臂杆，所述双臂杆在两个臂的接合点处枢转地连接至底部用于在竖直平面中围绕相对于底部横向延伸的轴线枢转移动。杆具有第一臂，所述第一臂可设置在储存在容器中的管子下方的底部的平面中。每个第一臂具有远离臂接合点的自由端部。横向延伸的管子提升构件横穿管子下方的底部在第一臂的各个自由端部之间延伸。每个杆还具有第二臂，所述第二臂从臂接合点向上延伸。横向构件连接第二臂的自由端部。动力操作的设备在每个第二臂和容器的一部分之间连接用于使第二臂朝向底部向下枢转，之后使第一臂从基部向上枢转移动，造成横向管子提升构件在容器的相关端部处将一部分管子提升至高于侧壁的高度。横向延伸的管子提升构件和横向构件保证了杆同时旋转，从而使得横向延伸的管子提升构件保持水平。因此，手动地使管子从容器中滚出。这与本发明相反，在本发明中，可提升的支撑结构获得朝向左或右侧框架的相对于水平面的倾斜角，从而使得管子由于重力而从储仓中滚出。 [0018] 特别地，第一左支撑结构枢轴和第一右支撑结构枢轴各自允许围绕至少两个不同的旋转轴线旋转。这是一种紧凑解决方案，不仅使得提升臂相对于支撑结构旋转，而且允许支撑结构相对于提升臂倾斜。在一个替代形式中，具有分离的枢轴，所述枢轴各自具有一个旋转轴线。 [0019] 在一个实施方案中，第一左支撑结构枢轴和第一右支撑结构枢轴各自允许分别在支撑结构和第一左提升臂的各自的第一端部之间以及在支撑结构和第一右提升臂的各自的第一端部之间进行平移移动。以这种方式，第一左提升臂的旋转移动转化成支撑结构的竖直直线移动。 [0020] 在一个实施方案中，第一左框架结构枢轴和第一右框架结构枢轴各自限定一个旋转轴线，所述旋转轴线相对于框架结构并相对于各自的提升臂固定。 [0021] 在一个实施方案中，升降机构进一步包括第一左致动器臂，所述第一左致动器臂固定地连接至第一左提升臂，用于使得第一左致动器臂和第一左提升臂围绕第一左框架结构枢轴节点旋转，并且左液压缸在第一致动器臂的端部处经由第一致动器臂连接至第一提升臂，所述第一致动器臂的端部为相对于第一左框架结构枢轴的远端。具有单独的致动器臂允许独立于提升臂的位置和定向来优化液压缸的位置和定向。 [0022] 优选地，第一左致动器臂和左液压缸设置在左侧框架中。这造成紧凑结构，其中钻井管件储仓的尽可能多的可用高度和宽度可以用于储存钻井管件。 [0023] 在一个实施方案中，升降机构进一步包括第二左提升臂、第二左致动器臂和第二左框架结构枢轴，其中第二左致动器臂固定地连接至第二左提升臂，使得围绕第二左框架结构枢轴节点旋转用于提升可提升的支撑结构，并且左液压缸从第一左致动器臂的第一端部延伸至第二左致动器臂的第一端部。具有第二左提升臂和致动器臂允许稳定的支撑，以及支撑结构的提升和降低。 [0024] 优选地，升降机构进一步包括左稳定杆，所述左稳定杆从第一左致动器臂延伸至第二左致动器臂。左稳定杆在第一左致动器臂上的点处可旋转地连接至第一左致动器臂，所述点位于离第一左框架结构枢轴的远离第一左致动器臂的第一端部的距离d处，并且左稳定杆在第二左致动器臂上的点处可旋转地连接至第二左致动器臂，所述点位于离第二框架结构枢轴的朝向第二左致动器臂的第一端部的相同的距离d处。稳定杆为保证第一和第二左提升臂的相同旋转的简单解决方案。 [0025] 在一个实施方案中，可提升的支撑结构包括左纵梁、右纵梁和至少两个横梁，所述至少两个横梁在所述左纵梁和右纵梁之间延伸并且连接至左和右纵梁。左纵梁设置有第一左支撑结构枢轴，右纵梁设置有第一右支撑结构枢轴。 [0026] 在一个实施方案中，可提升的支撑结构包括至少两个支柱，所述支柱固定在左侧框架和右侧框架的一者中，并且可从收缩位置移动至至少一个升高位置，在所述收缩位置处至少两个支柱不延伸超过各自的侧框架，在所述升高位置处至少两个支柱延伸部分地超过各自的侧框架。当储仓装载有钻井管件时，或者当可提升的支撑结构被提升和/或倾斜时，这些支柱避免钻井管件在储仓的错误侧从钻井管件储仓中滚出。 [0027] 在一个实施方案中，钻井管件储仓系统包括至少两个钻井管件储仓，和至少两个滑动棒，所述滑动棒在其各自的端部处可连接至至少两个钻井管件储仓用于提供使得钻井管件从一个钻井管件储仓至另一个钻井管件储仓的滚动结构。通过用滑动棒联接至少两个钻井管件储仓，可以以灵活方式增加系统的储存容量。 [0028] 优选地，滑动棒可连接至支柱的顶部。这是有效的，因为支柱可以执行多个功能。通过升高或降低支柱，可以将附接的滑动棒的角度改变成优选值。 [0029] 控制装置优选地包括一个或多个液压泵，所述液压泵优选电操作但是也有可能手动操作。所述一个或多个泵可以设置在储仓本身上，但是优选与储仓脱离从而设置在远程位置处，例如作为与钻机相连的液压单元的一部分。优选在一个或多个远程泵和储仓上的液压缸之间通过液压软管建立连接，所述液压软管设置有包括自动阀的快速连接器，所述自动阀在建立连接时打开并且在脱离连接时关闭。 [0030] 在一个实施方案中，控制装置的至少一部分设置在远离钻井管件储仓的位置(例如钻机的液压单元中的泵)处。 [0031] 在一个实施方案中，从远程控制室(例如钻机控制室，其中也存在对钻探过程的控制)进行储仓的操作控制。这允许控制从安全位置装载和/或卸载钻井管件储仓，这是因为钻井管件相当重并且应当避免钻井管件和操作人员之间的碰撞。 [0032] 优选地，控制装置电连接至管子装载器的控制单元。这允许了钻井管件储仓系统的自动控制。 [0034] 框架结构优选用尺寸体现从而允许其作为40ft ISO容器进行运输，在底部框架8的拐角上具有ISO角件。 [0036] 通过附图中显示的示例性实施方案阐述本发明，在附图中： [0037] 图1显示了根据本发明的钻井管件储仓的一个实施例的横截面； [0038] 图2显示了图1的钻井管件储仓的纵视图，其中可提升的支撑结构在下方位置处； [0039] 图3显示了图2的视图，其中可提升的支撑结构在中间位置处； [0040] 图4显示了图2的视图，其中可提升的支撑结构在上方位置处； [0041] 图5显示了根据本发明的钻井管件储仓系统的横截面，所述钻井管件储仓系统具有三个钻井管件储仓； [0042] 图6显示了图5的系统，其中一个钻井管件储仓被清空； [0043] 图7显示了图2的细节VII；和 [0044] 图8显示了可提升的支撑结构的一个实施例。 具体实施方式[0045] 钻井管件储仓系统包括钻井管件储仓和控制装置(未示出)，所述钻井管件储仓整体用附图标记1表示。钻井管件储仓1包括框架结构2和升降机构4，用于固定和提升多层钻井管件6，每层包括多个钻井管件6。 [0046] 钻井管件6可以为用于钻井的任何细长的管件材料，例如钻管、套管和管。用于该实施方案的通常的钻井管件的直径可以为8.9厘米至14厘米(3.5"至5.5")。 [0047] 框架结构2包括底部框架8、固定至底部框架8的左侧框架10，和固定至底部框架8的右侧框架12。左侧框架10和右侧框架12具有相同的高度。每个侧框架由纵向顶部钢梁14、竖直钢梁16和斜钢梁18组成，所述纵向顶部钢梁14、竖直钢梁16和斜钢梁18焊接在一起并且焊接至钢制底部框架8。 [0048] 所述框架结构优选尺寸具体化为允许其作为40ft ISO容器进行运输，在底部框架8的拐角上具有ISO角件。此外，优选地，ISO角件存在于侧框架的顶部拐角上，例如允许两个储仓摞在一起进行堆叠运输。 [0049] 升降机构4包括可提升的支撑结构20、左液压缸22和右液压缸24，其中可提升的支撑结构20限定支撑平面26用于支撑钻井管件6。 [0050] 支撑结构20可从下方位置28提升至上方位置30，在所述下方位置28处支撑平面低于侧框架的高度的一半(图2)，在所述上方位置30处支撑平面至少等于侧框架之一的顶部，并且在该实施方案中比侧框架之一的顶部高至少25厘米，优选40厘米(图3)。支撑结构20还可提升至在下方位置28和上方位置之间的位置，例如中间位置31(图3)。 [0051] 控制装置包括至少一个液压泵，所述液压泵可以为钻机(未示出)的液压系统中的液压泵。升降机构4具有液压连接(未示出)，例如快速连接器，用于将升降机构连接至液压系统。控制装置可以进一步包括一个或多个阀，例如远程操作阀(未示出)。 [0052] 设置控制装置从而启动左液压缸22和右液压缸24使得可提升的支撑结构20以水平方式升高和降低。控制装置还可以不同地启动左液压缸和右液压缸，使得可提升的支撑结构获得相对于水平面的朝向左侧框架和右侧框架中的一个的倾斜角。控制装置可以包括电子控制单元，所述电子控制单元位于控制室处，从所述控制室来控制管子的给送操作。也可以从控制室控制管子装载器32(图5)，并且优选地，电子控制单元(在集成的情况下)与管子装载器32的控制单元电连接，所述管子装载器32的控制单元可以进一步与整个钻机的控制单元集成。 [0053] 升降机构4进一步包括第一左提升臂34和第二左提升臂36，以及第一右提升臂38和第二右提升臂40。第一左提升臂34在第一端部42处用第一左支撑结构枢轴44可旋转地连接至可提升的支撑结构4。第一左提升臂34在与第一端部42相对的第二端部46处用第一左支撑结构枢轴48可旋转地连接至框架结构4。第二左提升臂36在第一端部50处用第二左支撑结构枢轴52可旋转地连接至可提升的支撑结构4。第二左提升臂36在与第一端部50相对的第二端部54处用第二左框架结构枢轴56可旋转地连接至框架结构4。 [0054] 第一左支撑结构枢轴44和第二左支撑结构枢轴52各自由枢轴销钉56制成，其中背面圆锥形的枢轴销钉头58附接至各自的左提升臂34、36，和可提升的支撑结构20中的细长销钉孔60。这种设置允许围绕三个不同的旋转轴线旋转，以及可提升的支撑结构20与第一左提升臂34和第二左提升臂36之间进行平移移动。 [0055] 第一和第二左框架结构枢轴48、56各自限定一个旋转轴线，所述旋转轴线相对于框架结构2并相对于各自的提升臂34、36固定。 [0056] 升降机构4进一步包括第一和第二左致动器臂62、64，所述第一和第二左致动器臂62、64分别固定地连接至第一左提升臂34和第二左提升臂36，使得第一左致动器臂62和第一左提升臂34围绕第一左框架结构枢轴48节点旋转，并且使得第二左致动器臂64和第二左提升臂36围绕第二左框架结构枢轴56节点旋转。 [0057] 左液压缸22在第一致动器臂62的端部66处经由第一致动器臂62连接至第一提升臂34，所述第一致动器臂62的端部66为相对于第一左框架结构枢轴48的远端。左液压缸22还在第一致动器臂64的端部68处经由第二致动器臂64连接至第二提升臂36，所述第一致动器臂64的端部68为相对于第二左框架结构枢轴56的远端。因此，左液压缸22经由各自的第一致动器臂62、64启动两个左提升臂34、36。第一左致动器臂62和左液压缸22设置在左侧框架10中。第一和第二左框架结构枢轴48、56以及左提升臂34、36在支撑平面26下方延伸。 [0058] 升降机构4进一步包括左稳定杆70，所述左稳定杆70从第一左致动器臂62延伸至第二左致动器臂64。左稳定杆70在第一左致动器臂62上的点72处可旋转地连接至第一左致动器臂62，所述点72在第一左致动器臂62上，并位于距离第一左框架结构枢轴48的远离第一端部66的距离d处，并且左稳定杆70在第二左致动器臂64上的点74处可旋转地连接至第二左致动器臂64，所述点74在第二左致动器臂64上，并位于距离第二框架结构枢轴56的朝向第二左致动器臂64的第一端部68的相同距离d处。 [0059] 升降机构4在钻井管件储仓1的右侧处以与如上所述的左侧相似、相同或镜像的方式包括臂和枢轴。这些元件的一些，例如第一右提升臂38、右液压缸24、第一右致动器臂76、第一右支撑结构枢轴78和第一右框架结构枢轴80在图1、5和6的横截面中可见。右侧上的这些臂和枢轴以与左侧相同的方式协作用以提升和降低可提升的支撑结构20的右侧。只要可提升的支撑结构20的两侧提升或降低至相同的水平，可提升的支撑结构20保持水平，即平行于水平面。与液压致动器24使右支撑结构枢轴78旋转相比，如果左液压致动器22使左支撑结构枢轴44旋转至更低的水平，则可提升的支撑结构20侧向倾斜至钻井管件储仓1的左侧，并且反之亦然。 [0060] 可提升的支撑结构20包括左纵梁82、右纵梁84，和至少两个横梁86、88，所述至少两个横梁86、88在所述左纵梁82和右纵梁84之间延伸并且焊接至左和右纵梁82、84(图8)。可提升的支撑结构20进一步包括支架90，所述支架90加大支撑平面26的宽度。左纵梁82设置有第一左支撑结构枢轴44和第二左支撑结构枢轴52。右纵梁84设置有第一右支撑结构枢轴78和第二右支撑结构枢轴(不可见)。 [0061] 两个支柱92保持在左侧框架10和右侧框架12的每一个中，并且可从收缩位置移动至至少一个升高位置，在所述收缩位置处至少两个支柱不延伸超过各自的侧框架(参见图2)，在所述升高位置处至少两个支柱92延伸部分地超过各自的侧框架(参见图3-6)。 [0062] 钻井管件储仓系统包括重量传感器(未示出)用于确定钻井管件储仓中的钻井管件的总重量。在该情况下，重量传感器设置在支撑结构枢轴44、52、78中。 [0063] 图5和6的钻井管件储仓系统包括三个钻井管件储仓1，和四个滑动棒94，所述四个滑动棒94在其各自的端部处可连接至钻井管件储仓1的支柱92的顶部用于提供滚动结构使得钻井管件6从一个钻井管件储仓1滚动至另一个钻井管件储仓1。对于每个滑动棒94，优选通过升高各自的支柱92中的一个从而使滑动棒94倾斜，如图6中所示。钻井管件储仓1中的一个经由运输台96连接至管子装载器32。运输台96中的远离管子装载器32的一个端部设置在各自的钻井管件储仓1的支柱92上。 |
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