用于連續(xù)和近連續(xù)鉆孔的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供鉆孔和起下鉆設(shè)備封裝和控制方案和方法，其使用兩個(gè)或兩個(gè)以上升降系統(tǒng)，所述兩個(gè)或兩個(gè)以上升降系統(tǒng)以同步方式同時(shí)且連續(xù)操作以使得進(jìn)出井孔的管饋送是以連續(xù)或近連續(xù)移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)而不需要周期性中斷。所述鉆孔和起下鉆設(shè)備封裝和控制方案還能夠以足夠鉆孔和后擴(kuò)孔操作的連續(xù)速度和轉(zhuǎn)矩在井孔中旋轉(zhuǎn)管。所述鉆孔和起下鉆設(shè)備封裝和控制方案另外能夠以足夠的壓力和流量使鉆孔流體循環(huán)到管的內(nèi)部孔中以促進(jìn)鉆孔和后擴(kuò)孔操作且對循環(huán)具有最少中斷。
【專利說明】用于連續(xù)和近連續(xù)鉆孔的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明基本上涉及有用于鉆孔應(yīng)用中的系統(tǒng)和方法。更具體來說，本發(fā)明涉及有用于石油和/或天然氣鉆孔的系統(tǒng)和方法，但不一定限于這些應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]石油和天然氣的鉆孔應(yīng)用的所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，在鉆井的過程中各種操作可消耗大量時(shí)間。另外，每當(dāng)需要從井孔起出鉆柱時(shí)，對鉆孔操作來說失去潛在大量的時(shí)間。因?yàn)殂@井的每天成本可為高的，尤其是結(jié)合深水應(yīng)用中的海底鉆孔，已經(jīng)做出努力來減少花費(fèi)在起下鉆操作上的時(shí)間。類似地，已經(jīng)做出努力來嘗試大體上加速且獲得更高效率的鉆孔操作中。具體來說，已經(jīng)努力嘗試維持連續(xù)和近連續(xù)的鉆井。鉆機(jī)可任意處置以管理井的輸入是包括鉆管的旋轉(zhuǎn)、提升(升高或有時(shí)候降低)鉆管，以及流體向下通過鉆管和回到表面的循環(huán)?，F(xiàn)有鉆孔技術(shù)的顯著問題是它們需要鉆管停止在鉆臺以連接到進(jìn)入或正從井拉出的鉆管的下一區(qū)段。在此停止周期期間，鉆機(jī)用來管理井的所有動(dòng)態(tài)輸入停止，因?yàn)樵谝苿?dòng)時(shí)鉆孔設(shè)備不再可旋轉(zhuǎn)、提升或泵送流體。在此停止時(shí)間或連接時(shí)間期間，井經(jīng)歷造成非生產(chǎn)時(shí)間(NPT)的許多經(jīng)典的井管理問題。當(dāng)然，必須謹(jǐn)慎進(jìn)行，以便不損安全性且還防止或最小化意外或污染的可能。
[0003]在過去，已經(jīng)嘗試使與鉆孔相關(guān)的各種操作自動(dòng)化。舉例來說，在1968年10月8日頒與Gheorghe等人的題目為“用于連續(xù)和自動(dòng)拉動(dòng)和運(yùn)行鉆管柱的自動(dòng)化系統(tǒng)和鉆機(jī)(Automated System and Drilling Rig for Continuously and Automatically Pullingand Running a Drill-Pipe String) ”的第3，404，741號美國專利描述一種方法,所述專利如同在此完整陳述那樣以引用方式并入本文。在Gheorghe案中，將鉆機(jī)描述為包含兩個(gè)升降機(jī)，其經(jīng)同步以便允許連續(xù)執(zhí)行起下鉆操作。Gheorghe案未能尤其揭示其中可以連續(xù)或近連續(xù)方式執(zhí)行鉆孔、后擴(kuò)孔和起下鉆操作的鉆機(jī)或?qū)⒃阢@機(jī)上使用的系統(tǒng)，且也未能揭示用于控制鉆機(jī)上的各種系統(tǒng)以允許連續(xù)或近連續(xù)鉆孔、后擴(kuò)孔和起下鉆操作的系統(tǒng)。
[0004]在過去采用的一種方法涉及使用“多活動(dòng)”鉆孔組合件，其包含兩個(gè)管狀臺。在2000年7月11日頒與Scott等人的題目為“多活動(dòng)海上勘探和/或開發(fā)鉆孔方法和設(shè)備(Mult1-Activity Offshore Explorat1n and/or Development Drill Method andApparatus) ( “Scott”)”的第6,085,851號美國專利中描述這種方法,所述專利如同在此完整陳述那樣以引用方式并入本文。在Scott案中，描述一種設(shè)備和方法，其涉及使用兩個(gè)鉆柱以使得某些輔助動(dòng)作可相對于一個(gè)鉆柱進(jìn)行，同時(shí)鉆孔或起下鉆操作相對于第二鉆柱進(jìn)行。此方法具有某些缺點(diǎn)，不僅僅是使用兩個(gè)鉆柱以及兩者均結(jié)合單個(gè)井架對正在進(jìn)行的操作增加復(fù)雜性。
[0005]需要一種用于鉆孔和起下鉆的設(shè)備和方法，其花費(fèi)的時(shí)間少于標(biāo)準(zhǔn)鉆孔和起下鉆設(shè)備和方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，本發(fā)明的此
【發(fā)明內(nèi)容】
以及附帶的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述不界定本發(fā)明的范圍，且不提供對界定本發(fā)明的范圍的權(quán)利要求書的替代，而是僅提供指南以提供對由權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的完整范圍的更好理解。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供一種系統(tǒng)，其具有目標(biāo)且提供結(jié)合以下各項(xiàng)獲得連續(xù)或近連續(xù)起下鉆操作的能力作為優(yōu)點(diǎn):具有井架的鉆機(jī)，兩個(gè)獨(dú)立可操作絞車，兩個(gè)獨(dú)立可操作游動(dòng)差鉆器，鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，以及用于自動(dòng)控制鉆孔操作的集成控制系統(tǒng)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包含響應(yīng)于井參數(shù)的若干傳感器，其將關(guān)于井的信息饋送到基于此些井參數(shù)中的一或多者采取動(dòng)作以進(jìn)一步控制鉆孔操作的集成控制系統(tǒng)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供一種方法，用于自動(dòng)控制井架中的兩個(gè)獨(dú)立可操作游動(dòng)差鉆器的操作以獲得連續(xù)或近連續(xù)起下鉆操作。在再一方法中，操作者可通過針對安全性、環(huán)境和其它偏好或問題指定額外條件或參數(shù)而修改自動(dòng)化鉆孔活動(dòng)。在再一實(shí)施例中，所述系統(tǒng)將關(guān)于鉆孔活動(dòng)、井條件和參數(shù)和操作條件的數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲在數(shù)據(jù)庫中。
[0007]本發(fā)明提供的一個(gè)益處在于，在鉆孔的同時(shí)，其在連接時(shí)間期間不停止，且鉆柱的此連續(xù)或近連續(xù)旋轉(zhuǎn)、起重能力和泥漿循環(huán)顯著減少經(jīng)典的石油和天然氣井鉆孔挑戰(zhàn)的可能性，例如但不限于將鉆管不同地粘到井孔壁以及由于循環(huán)損失引起的井孔切割積累而出現(xiàn)的復(fù)雜性。
[0008]本發(fā)明提供一種鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其包括:多個(gè)升降系統(tǒng)；多個(gè)游動(dòng)差鉆器，其各自與所述多個(gè)升降系統(tǒng)中的至少一者相關(guān)聯(lián)；一或多個(gè)管處置和存儲系統(tǒng)，其與所述多個(gè)游動(dòng)差鉆器中的至少一者相關(guān)聯(lián)；一或多個(gè)鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其與所述多個(gè)游動(dòng)差鉆器中的至少一者相關(guān)聯(lián)；以及控制系統(tǒng)。在某些實(shí)施例中，所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)包括第一升降系統(tǒng)和第二升降系統(tǒng)。在替代實(shí)施例中，所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)包括第一升降系統(tǒng)、第二升降系統(tǒng)和第三升降系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，所述第一升降系統(tǒng)和/或第二升降系統(tǒng)和/或第三升降系統(tǒng)包括絞車、絞盤、液壓油缸、齒條齒輪系統(tǒng)或高負(fù)載線性馬達(dá)。
[0009]在其它實(shí)施例中，所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)包括第一游動(dòng)差鉆器和第二游動(dòng)差鉆器。在另外實(shí)施例中，所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)包括第一游動(dòng)差鉆器、第二游動(dòng)差鉆器和第三游動(dòng)差鉆器。在特定實(shí)施例中，所述第一游動(dòng)差鉆器和/或第二游動(dòng)差鉆器和/或第三游動(dòng)差鉆器包括以下組件中的一者、一些或全部:旋轉(zhuǎn)電梯碗；下部旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩扳手；上部旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩扳手；旋轉(zhuǎn)器；泥漿斗；以及流體連接系統(tǒng)。在另外實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)電梯碗包括以下組件中的一者、一些或全部:主體；碗；止推軸承；所述主體、碗和止推軸承中的經(jīng)對準(zhǔn)徑向開口 ；馬達(dá)；以及多個(gè)傳感器。在另外實(shí)施例中，下部旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩扳手包括以下組件中的一者、一些或全部:環(huán)形齒輪，其包括門；至少第一馬達(dá)；以及多個(gè)凸輪鎖爪。在額外實(shí)施例中，上部旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩扳手包括以下組件中的一者、一些或全部:環(huán)形齒輪，其包括門；至少第一馬達(dá)；以及多個(gè)凸輪鎖爪。在某些實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)器是兩部分旋轉(zhuǎn)器。在特定實(shí)施例中，泥漿斗是兩部分泥漿斗。
[0010]在一些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)進(jìn)一步包括用于操作所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的指令。在其它實(shí)施例中，所述控制系統(tǒng)包括用于同時(shí)控制所述升降系統(tǒng)、所述游動(dòng)差鉆器、所述管處置和存儲系統(tǒng)和所述鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操作的指令。在再其它實(shí)施例中，控制系統(tǒng)包括響應(yīng)于與鉆孔或起下鉆操作相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的指令。在另外實(shí)施例中，所述控制系統(tǒng)包括響應(yīng)于存儲在非易失性存儲器中的數(shù)據(jù)、與鉆孔或起下鉆操作相關(guān)聯(lián)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和用戶輸入的指令。
[0011]本發(fā)明還提供一種用于以連續(xù)或近連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)從孔移除鉆柱的一部分的方法，其包括對鉆機(jī)裝備所揭示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，以及操作所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)以用連續(xù)或近連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)從孔移除鉆柱的至少一部分。
[0012]另外，本發(fā)明提供一種用于鉆石油或天然氣井的方法，其包括對鉆機(jī)裝備所揭示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，以及操作所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)以鉆石油或天然氣井。
[0013]另外，本發(fā)明提供一種用于以最大速度從豎管或套管孔移除管而不需要所述管的流體循環(huán)或旋轉(zhuǎn)的方法，其包括對鉆機(jī)裝備所揭示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，以及操作所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)以用最大速度從豎管或套管孔移除管而不需要所述管的流體循環(huán)或旋轉(zhuǎn)。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步提供一種鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其包括:多個(gè)升降系統(tǒng)；游動(dòng)差鉆器，其與所述多個(gè)升降系統(tǒng)中的至少一者相關(guān)聯(lián)；頂部驅(qū)動(dòng)器，其與所述多個(gè)升降系統(tǒng)中的至少一者相關(guān)聯(lián)，所述頂部驅(qū)動(dòng)器連接到保護(hù)接頭；管處置和存儲系統(tǒng)，其與所述游動(dòng)差鉆器相關(guān)聯(lián)；鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其與所述游動(dòng)差鉆器相關(guān)聯(lián)；以及控制系統(tǒng)。在某些實(shí)施例中，所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)包括第一升降系統(tǒng)、第二升降系統(tǒng)和第三升降系統(tǒng)。所述第一升降系統(tǒng)、第二升降系統(tǒng)和/或第三升降系統(tǒng)可包括絞車、絞盤、液壓油缸、齒條齒輪系統(tǒng)或高負(fù)載線性馬達(dá)。在特定實(shí)施例中，所述第一和第二升降系統(tǒng)與所述游動(dòng)差鉆器相關(guān)聯(lián)，且所述第三升降系統(tǒng)與所述頂部驅(qū)動(dòng)器相關(guān)聯(lián)。
[0015]游動(dòng)差鉆器可包括框架、下部轉(zhuǎn)矩扳手、上部轉(zhuǎn)矩扳手和泥漿斗。泥漿斗可為三部分泥漿斗，其可包括具有上部管柱塞的上部旋轉(zhuǎn)腔室、具有全封閉柱塞的中間靜止腔室，和具有下部管柱塞的下部腔室。所述泥漿斗還可包括第二上部管柱塞和/或第二下部管柱塞。下部轉(zhuǎn)矩扳手和/或上部轉(zhuǎn)矩扳手可包括:環(huán)形齒輪，其包括門；至少第一馬達(dá)；以及多個(gè)凸輪鎖爪。上部轉(zhuǎn)矩扳手還可包括浮動(dòng)機(jī)構(gòu)。頂部驅(qū)動(dòng)器還可包括浮動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0016]控制系統(tǒng)可包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)包括用于操作所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的指令。所述控制系統(tǒng)還可包括用于同時(shí)控制所述升降系統(tǒng)、所述游動(dòng)差鉆器、所述管處置和存儲系統(tǒng)和所述鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操作的指令。另外，所述控制系統(tǒng)可包括響應(yīng)于與鉆孔或起下鉆操作相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的指令。所述控制系統(tǒng)可另外包括響應(yīng)于存儲在非易失性存儲器中的數(shù)據(jù)、與鉆孔或起下鉆操作相關(guān)聯(lián)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和用戶輸入的指令。
[0017]本發(fā)明進(jìn)一步提供游動(dòng)差鉆器，其包括框架、下部轉(zhuǎn)矩扳手、上部轉(zhuǎn)矩扳手和泥漿斗。泥漿斗可包括:包括至少第一上部管柱塞的上部旋轉(zhuǎn)腔室、包括全封閉柱塞的中間靜止腔室，和包括至少第一下部管柱塞的下部旋轉(zhuǎn)腔室。所述泥漿斗可進(jìn)一步包括第二上部管柱塞和第二下部管柱塞。下部和/或上部轉(zhuǎn)矩扳手可包括:環(huán)形齒輪；至少第一馬達(dá)；以及多個(gè)凸輪鎖爪。上部轉(zhuǎn)矩扳手可進(jìn)一步包括浮動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0018]本發(fā)明還提供一種泥漿斗，其包括:包括至少第一上部管柱塞的上部旋轉(zhuǎn)腔室、包括全封閉柱塞的中間靜止腔室，和包括至少第一下部管柱塞的下部旋轉(zhuǎn)腔室。所述泥漿斗可進(jìn)一步包括在上部旋轉(zhuǎn)腔室與中間靜止腔室之間的回轉(zhuǎn)環(huán)，和/或在中間靜止腔室與下部旋轉(zhuǎn)腔室之間的回轉(zhuǎn)環(huán)。泥漿斗還可包括多個(gè)泥漿端口。
[0019]本發(fā)明另外提供一種用于鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，其包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)包括用于操作所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的指令。所述計(jì)算機(jī)可進(jìn)一步包括用于同時(shí)控制多個(gè)升降系統(tǒng)、游動(dòng)差鉆器、頂部驅(qū)動(dòng)器、管處置和存儲系統(tǒng)和鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操作的指令。所述計(jì)算機(jī)還可包括響應(yīng)于與鉆孔或起下鉆操作相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的指令。此外，所述計(jì)算機(jī)可包括響應(yīng)于存儲在非易失性存儲器中的數(shù)據(jù)、與鉆孔或起下鉆操作相關(guān)聯(lián)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或用戶輸入的指令。
[0020]本發(fā)明還提供一種用于從孔移除鉆柱的一部分的方法，其包括:對鉆機(jī)裝備鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)包括:多個(gè)升降系統(tǒng)；游動(dòng)差鉆器，其與所述多個(gè)升降系統(tǒng)中的至少一者相關(guān)聯(lián)；頂部驅(qū)動(dòng)器，其與所述多個(gè)升降系統(tǒng)中的至少一者相關(guān)聯(lián)，所述頂部驅(qū)動(dòng)器連接到保護(hù)接頭；管處置和存儲系統(tǒng)，其與所述游動(dòng)差鉆器相關(guān)聯(lián)；鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其與所述游動(dòng)差鉆器相關(guān)聯(lián)；以及控制系統(tǒng)；以及操作所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)以從孔移除鉆柱的至少一部分。
[0021]本發(fā)明進(jìn)一步提供一種用于鉆石油或天然氣井的方法，其包括:對鉆機(jī)裝備鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)包括:多個(gè)升降系統(tǒng)；游動(dòng)差鉆器，其與所述多個(gè)升降系統(tǒng)中的至少一者相關(guān)聯(lián)；頂部驅(qū)動(dòng)器，其與所述多個(gè)升降系統(tǒng)中的至少一者相關(guān)聯(lián)，所述頂部驅(qū)動(dòng)器連接到保護(hù)接頭；管處置和存儲系統(tǒng)，其與所述游動(dòng)差鉆器相關(guān)聯(lián)；鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其與所述游動(dòng)差鉆器相關(guān)聯(lián)；以及控制系統(tǒng)；以及操作所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)以鉆石油或天然氣井。
[0022]此外，本發(fā)明提供一種用于從豎管或套管孔移除管而不需要所述管的流體循環(huán)或旋轉(zhuǎn)的方法，其包括:對鉆機(jī)裝備鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)包括:多個(gè)升降系統(tǒng)；游動(dòng)差鉆器，其與所述多個(gè)升降系統(tǒng)中的至少一者相關(guān)聯(lián)；頂部驅(qū)動(dòng)器，其與所述多個(gè)升降系統(tǒng)中的至少一者相關(guān)聯(lián)，所述頂部驅(qū)動(dòng)器連接到保護(hù)接頭；管處置和存儲系統(tǒng)，其與所述游動(dòng)差鉆器相關(guān)聯(lián)；鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其與所述游動(dòng)差鉆器相關(guān)聯(lián)；以及控制系統(tǒng)；以及操作所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)以從豎管或套管孔移除管而不需要所述管的流體循環(huán)或旋轉(zhuǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]附圖形成本說明書的部分且包含附圖以進(jìn)一步證明本發(fā)明的某些方面。通過結(jié)合本文呈現(xiàn)的特定實(shí)施例的詳細(xì)描述參考這些圖中的一或多者可更好地理解本發(fā)明。
[0024]圖1。所揭示鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意性表示。
[0025]圖2。集成控制系統(tǒng)的概念的一個(gè)實(shí)施例的框圖。
[0026]圖3。集成控制系統(tǒng)頂部層級硬件的一個(gè)實(shí)施例的框圖。
[0027]圖4A和圖4B。展示用于在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下以I英尺/秒從孔移除管的一個(gè)循環(huán)的詳細(xì)操作序列的一個(gè)實(shí)施例的框圖。在所描述循環(huán)中的每一者的結(jié)束時(shí)，循環(huán)以通道A執(zhí)行通道B完成的任務(wù)來重復(fù)，反之亦然。圖4A。展示用于在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下以I英尺/秒從孔移除管的一個(gè)循環(huán)的前近似62.5%的詳細(xì)操作序列的一個(gè)實(shí)施例的框圖。圖4B。展示用于在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下以I英尺/秒從孔移除管的一個(gè)循環(huán)的最后近似37.5%的詳細(xì)操作序列的一個(gè)實(shí)施例的框圖。
[0028]圖5A和圖5B。在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下在以I英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖5A。在第一 TDR延伸且接合在鉆具接頭下方之前在t = O秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖5B。在t = O秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0029]圖6A和圖6B。在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下在以I英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖6A。在第一 TDR的旋轉(zhuǎn)器延伸以接合管時(shí)在t = 5秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖6B。在t = 5秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0030]圖7A和圖7B。在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下在以I英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖7A。在第一 TDR的上部轉(zhuǎn)矩扳手縮回時(shí)在t = 11秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖7B。在t = 11秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0031]圖8A和圖SB。在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下在以I英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖8A。在第一 TDR的泥漿斗關(guān)閉時(shí)在t = 14秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的不意圖。圖8B。在t = 14秒時(shí)第一 TDR的特與圖。
[0032]圖9A和圖9B。在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下在以I英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖9A。在旋轉(zhuǎn)器斷開管時(shí)第一 TDR的泥漿斗提取泥漿時(shí)在t = 19秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖9B。在t = 19秒時(shí)第一TDR的特寫圖。
[0033]圖1OA和圖10B。在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下在以I英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖10A。在第一 TDR的泥漿斗縮回時(shí)在t = 24秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖10B。在t = 24秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0034]圖1IA和圖1IB。在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下在以I英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖11A。在機(jī)架臂移除斷開的管時(shí)在t = 26秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖11B。在t = 26秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0035]圖12A和圖12B。在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下在以I英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖12A。在第一 TDR的流體連接系統(tǒng)接合旋轉(zhuǎn)管時(shí)在t = 32秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖12B。在t = 32秒時(shí)第一TDR的特寫圖。
[0036]圖13A和圖13B。在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下在以I英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖13A。在密封后泥漿流開始時(shí)在t = 36秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖13B。在t = 36秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0037]圖14A和圖14B。在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下在以I英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖14A。在正以旋轉(zhuǎn)和泥漿流拉動(dòng)管時(shí)在t = 45秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖14B。在t = 45秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0038]圖15A和圖15B。在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下在以I英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖15A。在第二 TDR與下一鉆具接頭接合在t = 77秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖15B。在t = 77秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0039]圖16A和圖16B。在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下在以I英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖16A。在第二 TDR接管管的重量負(fù)載和旋轉(zhuǎn)時(shí)在t = 81秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖16B。在t = 81秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0040]圖17A和圖17B。在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下在以I英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖17A。在第一 TDR的流體連接系統(tǒng)脫離時(shí)在t = 92秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖17B。在t = 92秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0041 ] 圖18A和圖18B。在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下在以I英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖18A。在第一 TDR開始從管縮回時(shí)在t = 95秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖18B。在t = 95秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0042]圖19A和圖19B。在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下在以I英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖19A。在機(jī)架臂移除架同時(shí)第一TDR使井架下降時(shí)在t = 103秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖19B。在t = 103秒時(shí)第一 TDR和第二 TDR的特寫圖。
[0043]圖20A和圖20B。在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下在以I英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖20A。在第二 TDR拉動(dòng)且旋轉(zhuǎn)管時(shí)在t = 115秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖20B。在t = 115秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0044]圖21A和圖21B。在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下在以I英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖21A。在第一 TDR回到開始位置等待下一鉆具接頭時(shí)在t = 129秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的不意圖。圖21B。在t = 129秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0045]圖22A和圖22B。展示以I英尺/秒進(jìn)行鉆孔的一個(gè)循環(huán)的詳細(xì)操作序列的一個(gè)實(shí)施例的框圖。在所描述循環(huán)的結(jié)束時(shí)，循環(huán)以通道A執(zhí)行通道B完成的任務(wù)來重復(fù)，反之亦然。圖22A。展示以I英尺/秒進(jìn)行鉆孔的一個(gè)循環(huán)的前近似46.5%的詳細(xì)操作序列的一個(gè)實(shí)施例的框圖。圖22B。展示以I英尺/秒進(jìn)行鉆孔的一個(gè)循環(huán)的最后近似53.5%的詳細(xì)操作序列的一個(gè)實(shí)施例的框圖。
[0046]圖23A和圖23B。在以I央尺/秒鉆孔期間圖1所不的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的不意性表示。圖23A。在第一 TDR正在鉆孔、旋轉(zhuǎn)且降低管并循環(huán)泥漿時(shí)在t= I秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖23B。在t = I秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0047]圖24A和圖24B。在以I央尺/秒鉆孔期間圖1所不的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的不意性表示。圖24A。在架到達(dá)鉆臺、穿透停止且泥漿閥關(guān)閉時(shí)在t = 8秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖24B。在t = 8秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0048]圖25A和圖25B。在以I央尺/秒鉆孔期間圖1所不的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的不意性表示。圖25A。在第一 TDR的流體連接系統(tǒng)縮回且第一 TDR的泥漿斗打開時(shí)在t = 19秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖25B。在t = 19秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0049]圖26A和圖26B。在以I央尺/秒鉆孔期間圖1所不的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的不意性表示。圖26A。在第一 TDR的旋轉(zhuǎn)器和上部轉(zhuǎn)矩扳手接合同時(shí)在機(jī)架臂插入新架時(shí)在t=23秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖26B。在t = 23秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0050]圖27A和圖27B。在以I央尺/秒鉆孔期間圖1所不的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的不意性表示。圖27A。在第一 TDR的旋轉(zhuǎn)器和上部轉(zhuǎn)矩扳手連接新架時(shí)在t = 26秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖27B。在t = 26秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0051]圖28A和圖28B。在以I央尺/秒鉆孔期間圖1所不的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的不意性表示。圖28A。在第一 TDR的旋轉(zhuǎn)器和上部轉(zhuǎn)矩扳手脫離時(shí)在t = 30秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖28B。在t = 30秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0052]圖29A和圖29B。在以I央尺/秒鉆孔期間圖1所不的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的不意性表示。圖29A。在第二 TDR在井架的頂部處與管接合時(shí)在t = 34秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖29B。在t = 34秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0053]圖30A和圖30B。在以I英尺/秒鉆孔期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖30A。在第一 TDR從管中心縮回時(shí)在t = 36秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖30B。在t = 36秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0054]圖31A和圖31B。在以I英尺/秒鉆孔期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖31A。在第一 TDR提升到井架的頂部時(shí)在t = 43秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖31B。在t = 43秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0055]圖32A和圖32B。在以I英尺/秒鉆孔期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖32A。在鉆孔經(jīng)由第二 TDR繼續(xù)時(shí)在t = 50秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖32B。在t = 50秒時(shí)第一 TDR和第二 TDR的特寫圖。
[0056]圖33A和圖33B。在以I英尺/秒鉆孔期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖33A。在第二 TDR到達(dá)鉆臺且穿透停止時(shí)在t = 129秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖33B。在t = 129秒時(shí)第二 TDR的特寫圖。
[0057]圖34A和圖34B。在以I英尺/秒鉆孔期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖34A。在機(jī)架臂帶入下一架同時(shí)第二 TDR斷開時(shí)在t = 146秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖34B。在t = 146秒時(shí)第二 TDR的特寫圖。
[0058]圖35A和圖35B。在以I英尺/秒鉆孔期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖35A。在第二 TDR連接新架時(shí)在t = 152秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖35B。在t = 152秒時(shí)第二 TDR的特寫圖。
[0059]圖36A和圖36B。在以I英尺/秒鉆孔期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖36A。在第一 TDR接合新架的頂部時(shí)在t = 162秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖36B。在t = 162秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0060]圖37A和圖37B。在以I央尺/秒鉆孔期間圖1所不的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的不意性表示。圖37A。在第一 TDR拾取重量、旋轉(zhuǎn)負(fù)載且接合流體連接系統(tǒng)時(shí)在t = 165秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖37B。在t = 165秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0061]圖38A和圖38B。在以I央尺/秒鉆孔期間圖1所不的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的不意性表示。圖38A。在第二 TDR已縮回且第一 TDR正在鉆孔時(shí)在t = 170秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖38B。在t = 170秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0062]圖39A和圖39B。在以I央尺/秒鉆孔期間圖1所不的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的不意性表示。圖39A。在第二 TDR升高到井架的頂部時(shí)在t = 175秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖39B。在t = 175秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0063]圖40A和圖40B。在以I央尺/秒鉆孔期間圖1所不的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的不意性表示。圖40A。在機(jī)架臂定位下一架時(shí)在t = 185秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖40B。在t = 185秒時(shí)第一 TDR和第二 TDR的特寫圖。
[0064]圖41A和圖41B。在以I央尺/秒鉆孔期間圖1所不的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的不意性表示。圖41A。在第一 TDR繼續(xù)鉆孔時(shí)在t = 210秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖41B。在t = 210秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0065]圖42A和圖42B。在以I英尺/秒鉆孔期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。圖42A。在第一 TDR到達(dá)鉆臺且循環(huán)重復(fù)時(shí)在t = 250秒時(shí)鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意圖。圖42B。在t = 250秒時(shí)第一 TDR的特寫圖。
[0066]圖43A和圖43B。展示用于在不需要管的流體循環(huán)或旋轉(zhuǎn)的情況下以3英尺/秒從豎管或套管孔移除管的一個(gè)循環(huán)的詳細(xì)操作序列的一個(gè)實(shí)施例的框圖。在所描述循環(huán)的結(jié)束時(shí)，循環(huán)以通道A執(zhí)行通道B完成的任務(wù)來重復(fù)，反之亦然。圖43A。展示用于在不需要管的流體循環(huán)或旋轉(zhuǎn)的情況下以3英尺/秒從豎管或套管孔移除管的一個(gè)循環(huán)的前近似
54.8%的詳細(xì)操作序列的一個(gè)實(shí)施例的框圖。圖43B。展示用于在不需要管的流體循環(huán)或旋轉(zhuǎn)的情況下以3英尺/秒從豎管或套管孔移除管的一個(gè)循環(huán)的最后近似45.2 %的詳細(xì)操作序列的一個(gè)實(shí)施例的框圖。
[0067]圖44。在無循環(huán)或旋轉(zhuǎn)的情況下在以3英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。展示在第一 TDR正在從孔拉動(dòng)管時(shí)在t = O秒時(shí)的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)。
[0068]圖45。在無循環(huán)或旋轉(zhuǎn)的情況下在以3英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。展示在第一 TDR正在斷開頂部架時(shí)在t = 2秒時(shí)的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)。
[0069]圖46。在無循環(huán)或旋轉(zhuǎn)的情況下在以3英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。展示在第一 TDR斷開頂部架同時(shí)在機(jī)架臂控制頂部架時(shí)在t=6秒時(shí)的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)。
[0070]圖47。在無循環(huán)或旋轉(zhuǎn)的情況下在以3英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。展示在第二 TDR使井架下降時(shí)在t = 9秒時(shí)的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)。
[0071]圖48。在無循環(huán)或旋轉(zhuǎn)的情況下在以3英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。展示在第一 TDR已完成斷開頂部架且機(jī)架臂將頂部架移動(dòng)到管架時(shí)在t = 19秒時(shí)的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)。
[0072]圖49。在無循環(huán)或旋轉(zhuǎn)的情況下在以3英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。展示在機(jī)架臂返回到開始位置時(shí)在t = 26秒時(shí)的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)。
[0073]圖50。在無循環(huán)或旋轉(zhuǎn)的情況下在以3英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。展示在第二 TDR接合下一鉆機(jī)接頭時(shí)在t = 27秒時(shí)的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)。
[0074]圖51。在無循環(huán)或旋轉(zhuǎn)的情況下在以3英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。展示在第二 TDR拾取重量且第一 TDR縮回時(shí)在t = 32秒時(shí)的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)。
[0075]圖52。在無循環(huán)或旋轉(zhuǎn)的情況下在以3英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。展示在第一 TDR使井架下降同時(shí)第二 TDR斷開鉆具接頭時(shí)在t = 36秒時(shí)的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)。
[0076]圖53。在無循環(huán)或旋轉(zhuǎn)的情況下在以3英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。展示在第二 TDR已斷開架且機(jī)架臂放置所述架時(shí)在t = 49秒時(shí)的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)。
[0077]圖54。在無循環(huán)或旋轉(zhuǎn)的情況下在以3英尺/秒從孔移除管期間圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。展示在循環(huán)重復(fù)時(shí)在t = 60秒時(shí)的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)。
[0078]圖55。所揭不鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的另一實(shí)施例的不意性表不。
[0079]圖56。游動(dòng)差鉆器的一個(gè)實(shí)施例的不意性表不。
[0080]圖57。泥漿斗的一個(gè)實(shí)施例的示意性表示。
[0081]圖58。集成控制系統(tǒng)的概念的一個(gè)實(shí)施例的框圖。
[0082]圖59。集成控制系統(tǒng)頂部層級硬件的一個(gè)實(shí)施例的框圖。
[0083]圖60。在t = O秒(開始狀態(tài))時(shí)以I英尺/秒鉆孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0084]圖61。在機(jī)架臂在保護(hù)接頭下方移動(dòng)新管架的頂部接頭，頂部驅(qū)動(dòng)器浮動(dòng)機(jī)構(gòu)施加插入力且頂部驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成保護(hù)接頭與架之間的接頭時(shí)在t = 3秒時(shí)以I英尺/秒鉆孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0085]圖62。在頂部驅(qū)動(dòng)器向下加速以追上TDR且旋轉(zhuǎn)直到鉆孔速度、頂部驅(qū)動(dòng)器浮動(dòng)機(jī)構(gòu)縮回且新架的底部接頭插入到泥漿斗的上部腔室中時(shí)在t = 17秒時(shí)以I英尺/秒鉆孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0086]圖63。在上部密封圍繞新管架閉合且流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)引導(dǎo)流體通過頂部驅(qū)動(dòng)器填充架和泥漿斗時(shí)在t = 21秒時(shí)以I英尺/秒鉆孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0087]圖64。在上部轉(zhuǎn)矩扳手接合在管上、頂部驅(qū)動(dòng)器浮動(dòng)機(jī)構(gòu)施加插入力且頂部驅(qū)動(dòng)器增加速度以構(gòu)成架與鉆管之間的接頭時(shí)在t = 25秒時(shí)以I英尺/秒鉆孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0088]圖65。在上部和下部轉(zhuǎn)矩扳手脫離、將鉆管的重量轉(zhuǎn)移到頂部驅(qū)動(dòng)器、鉆孔流體從泥漿斗真空排出且上部和下部泥漿斗密封打開時(shí)在t = 26秒時(shí)以I英尺/秒鉆孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0089]圖66。在頂部驅(qū)動(dòng)器向下實(shí)行鉆孔、TDR提升到準(zhǔn)備好從頂部驅(qū)動(dòng)器重新取得鉆管的位置時(shí)且在保護(hù)副接頭開始進(jìn)入TDR、TDR向下加速以與頂部驅(qū)動(dòng)器匹配運(yùn)動(dòng)時(shí)在t =56秒時(shí)以I英尺/秒鉆孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0090]圖67。在上部和下部轉(zhuǎn)矩扳手接合在保護(hù)副接頭上方和下方且上部和下部泥漿斗密封關(guān)閉時(shí)在t = 56秒時(shí)以I英尺/秒鉆孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表不。
[0091]圖68。在流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將流體引導(dǎo)到TDR的下部腔室中且在上部和下部轉(zhuǎn)矩扳手卸開接頭同時(shí)頂部驅(qū)動(dòng)器和上部轉(zhuǎn)矩扳手浮動(dòng)機(jī)構(gòu)將分隔力施加于接頭時(shí)在t = 57秒時(shí)以I英尺/秒鉆孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0092]圖69。在上部轉(zhuǎn)矩扳手脫離、TDR運(yùn)載鉆管的重量、中間泥漿斗密封關(guān)閉且泥漿從上部腔室和保護(hù)接頭真空排出時(shí)在t = 60秒時(shí)以I英尺/秒鉆孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0093]圖70。在上部泥漿斗密封打開且頂部驅(qū)動(dòng)器從鉆管和TDR完全脫離時(shí)在t = 63秒時(shí)以I英尺/秒鉆孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0094]圖71。在TDR繼續(xù)向下鉆孔同時(shí)在頂部驅(qū)動(dòng)器起重機(jī)提升回到準(zhǔn)備好下一循環(huán)的最高位置時(shí)在t = 91秒時(shí)以I英尺/秒鉆孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表不。
[0095]圖72。在t = O秒(開始狀態(tài))時(shí)以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0096]圖73。在上部泥漿斗密封圍繞保護(hù)接頭閉合、流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開始引導(dǎo)鉆孔流體通過頂部驅(qū)動(dòng)器和保護(hù)接頭、填充泥漿斗且中間泥漿斗密封打開、接合上部與下部腔室時(shí)在t=4秒時(shí)以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0097]圖74。在上部轉(zhuǎn)矩扳手與保護(hù)接頭接合、頂部驅(qū)動(dòng)器和上部轉(zhuǎn)矩扳手浮動(dòng)機(jī)構(gòu)施加插入力且上部轉(zhuǎn)矩扳手構(gòu)成保護(hù)副接頭時(shí)在t = 8秒時(shí)以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0098]圖75。在上部和下部轉(zhuǎn)矩扳手脫離、頂部驅(qū)動(dòng)器取得鉆管的重量、鉆孔流體從泥漿斗真空排出且上部和下部泥漿斗密封打開時(shí)在t = 9秒時(shí)以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0099]圖76。在頂部驅(qū)動(dòng)器起重機(jī)繼續(xù)從孔拉動(dòng)鉆管同時(shí)在TDR移動(dòng)到其最低位置時(shí)在t = 35秒時(shí)以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0100]圖77。在系統(tǒng)等待直到待移除的下一架的底部接頭開始進(jìn)入TDR且TDR與頂部驅(qū)動(dòng)器匹配垂直速率時(shí)在t = 38秒時(shí)以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0101]圖78。在上部和下部泥漿斗密封關(guān)閉且上部和下部轉(zhuǎn)矩扳手在接頭的任一側(cè)與管接合時(shí)在t = 39秒時(shí)以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表
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[0102]圖79。在頂部驅(qū)動(dòng)器和上部轉(zhuǎn)矩扳手浮動(dòng)機(jī)構(gòu)施加分隔力、上部扳手卸開接頭且流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將鉆孔流體引導(dǎo)到泥漿斗中時(shí)在t = 40秒時(shí)以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0103]圖80。在上部轉(zhuǎn)矩扳手脫離、中間泥漿斗密封關(guān)閉、流體從泥漿斗的上部腔室真空排出且保護(hù)接頭和上部密封打開時(shí)在t = 43秒時(shí)以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0104]圖81。在頂部驅(qū)動(dòng)器向上加速以使得架的下端離開TDR的頂部、頂部驅(qū)動(dòng)器維持TDR上方的此距離、頂部驅(qū)動(dòng)器停止旋轉(zhuǎn)、TDR繼續(xù)從孔拉動(dòng)管且機(jī)架臂移入并抓持架時(shí)在t = 58秒時(shí)以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0105]圖82。在頂部驅(qū)動(dòng)器浮動(dòng)機(jī)構(gòu)施加分隔力、頂部驅(qū)動(dòng)器卸開保護(hù)副接頭、機(jī)架臂撤回架且隨后開始使架返回到準(zhǔn)備好下一循環(huán)的管架的過程時(shí)在t = 64秒時(shí)以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0106]圖83。在頂部驅(qū)動(dòng)器向下降低回到準(zhǔn)備好下一循環(huán)的開始位置時(shí)在t = 100秒時(shí)以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。一旦保護(hù)副接頭進(jìn)入泥漿斗，頂部驅(qū)動(dòng)器便與TDR匹配垂直速率，且以與鉆孔管相同的速度開始旋轉(zhuǎn)。
[0107]圖84。在t = O秒(開始狀態(tài))時(shí)以3英尺/秒起鉆期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0108]圖85。在上部轉(zhuǎn)矩扳手與保護(hù)接頭接合、頂部驅(qū)動(dòng)器和上部轉(zhuǎn)矩扳手浮動(dòng)機(jī)構(gòu)施加插入力且上部轉(zhuǎn)矩扳手構(gòu)成保護(hù)副接頭時(shí)在t = 2秒時(shí)以3英尺/秒起鉆期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0109]圖86。在上部和下部轉(zhuǎn)矩扳手脫離且頂部驅(qū)動(dòng)器取得鉆孔管的重量時(shí)在t = 3秒時(shí)以3英尺/秒起鉆期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0110]圖87。在頂部驅(qū)動(dòng)器起重機(jī)繼續(xù)從孔拉動(dòng)鉆管同時(shí)在TDR移動(dòng)到其最低位置時(shí)在t = 11秒時(shí)以3英尺/秒起鉆期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0111]圖88。在系統(tǒng)等待直到待移除的下一架的底部接頭開始進(jìn)入TDR且TDR與頂部驅(qū)動(dòng)器匹配垂直速率時(shí)在t = 13秒時(shí)以3英尺/秒起鉆期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0112]圖89。在上部和下部轉(zhuǎn)矩扳手在接頭的任一側(cè)與管接合、頂部驅(qū)動(dòng)器和上部轉(zhuǎn)矩扳手浮動(dòng)機(jī)構(gòu)施加分隔力且上部扳手卸開接頭時(shí)在t = 14秒時(shí)以3英尺/秒起鉆期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0113]圖90。在上部轉(zhuǎn)矩扳手脫離且TDR支撐鉆孔管的重量時(shí)在t = 16秒時(shí)以3英尺/秒起鉆期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0114]圖91。在頂部驅(qū)動(dòng)器向上加速以使得架的下端離開TDR的頂部、頂部驅(qū)動(dòng)器維持TDR上方的此距離且機(jī)架臂移入并抓持架時(shí)在t = 21秒時(shí)以3英尺/秒起鉆期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0115]圖92。在頂部驅(qū)動(dòng)器浮動(dòng)機(jī)構(gòu)施加分隔力、頂部驅(qū)動(dòng)器卸開保護(hù)副接頭、機(jī)架臂撤回架且隨后開始使架返回到準(zhǔn)備好下一循環(huán)的管架的過程時(shí)在t = 25秒時(shí)以3英尺/秒起鉆期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。
[0116]圖93。在頂部驅(qū)動(dòng)器向下降低回到準(zhǔn)備好下一循環(huán)的開始位置時(shí)在t = 34秒時(shí)以3英尺/秒起鉆期間圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的示意性表示。一旦保護(hù)副接頭進(jìn)入泥漿斗，頂部驅(qū)動(dòng)器便與TDR匹配垂直速率以使得保護(hù)副接頭停留在上部泥漿斗腔室中，且頂部驅(qū)動(dòng)器以與鉆孔管相同的速度開始旋轉(zhuǎn)。
[0117]圖94。TDR狀態(tài)機(jī)的框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0118]本發(fā)明提供一種鉆孔和起下鉆設(shè)備封裝和控制方案，例如可用于但不限于含有兩個(gè)或兩個(gè)以上完整系統(tǒng)的任何海上鉆機(jī)和相關(guān)方法上的操作，所述兩個(gè)或兩個(gè)以上完整系統(tǒng)以同步方式同時(shí)且連續(xù)或近連續(xù)操作以使得進(jìn)出井孔的管饋送是以連續(xù)或近連續(xù)移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)而不需要周期性中斷。所述鉆孔和起下鉆設(shè)備封裝和控制方案還能夠以對于鉆孔和后擴(kuò)孔操作足夠的連續(xù)速度和轉(zhuǎn)矩在井孔中旋轉(zhuǎn)管。所述鉆孔和起下鉆設(shè)備封裝和控制方案另外能夠以足夠的壓力和流量使鉆孔流體循環(huán)到管的內(nèi)部孔中以促進(jìn)鉆孔和后擴(kuò)孔操作，對循環(huán)具有最少中斷。
[0119]本發(fā)明還提供一種鉆孔和起下鉆設(shè)備封裝和控制方案，其能夠以連續(xù)或近連續(xù)移動(dòng)將管饋送進(jìn)出井孔而不需要周期性中斷。所述鉆孔和起下鉆設(shè)備封裝和控制方案還能夠以對于鉆孔和后擴(kuò)孔操作足夠的連續(xù)速度和轉(zhuǎn)矩在井孔中旋轉(zhuǎn)管。所述鉆孔和起下鉆設(shè)備封裝和控制方案另外能夠以足夠的壓力和流量使鉆孔流體循環(huán)到管的內(nèi)部孔中以促進(jìn)鉆孔和后擴(kuò)孔操作，對循環(huán)具有最少中斷或無中斷。
[0120]如本文詳細(xì)描述，所展示和描述的系統(tǒng)和方法可用以結(jié)合鉆石油或天然氣井而自動(dòng)控制操作和活動(dòng)以使得實(shí)現(xiàn)連續(xù)或近連續(xù)操作。另外，集成控制系統(tǒng)允許用戶輸入系統(tǒng)的操作可能需要的鉆孔參數(shù)，以及基于可存儲在與控制系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的存儲器中的與正在進(jìn)行的鉆孔或起下鉆操作相關(guān)的數(shù)據(jù)和/或與鉆孔或起下鉆操作相關(guān)的數(shù)據(jù)控制操作。集成控制系統(tǒng)或者可用以遵循其經(jīng)編程以遵循的一些或全部預(yù)設(shè)參數(shù)和信息。集成控制系統(tǒng)因此允許操作者修改或定制集成控制系統(tǒng)和總體系統(tǒng)的操作，例如通過允許操作者指定可指示不安全條件的額外參數(shù)，其為操作者偏好或適用于給定井但不一定適用于其它井或應(yīng)用。而且，集成控制系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)庫可用以存儲關(guān)于鉆孔活動(dòng)和操作、井孔條件、鉆孔參數(shù)和類似物的廣泛多種數(shù)據(jù)，其可最后用以評估操作和井，且規(guī)劃與其相關(guān)的一或多個(gè)其它井和操作以及活動(dòng)。
[0121]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，本發(fā)明中使用的許多術(shù)語是現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知和了解的，且不一定需要定義。然而，下文基本上了解為了額外背景和讀者的方便而提供定義。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將進(jìn)一步了解，此一般使用相對于所主張的本發(fā)明不是限制性的。
[0122]后擴(kuò)孔:在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)從鉆孔撤回鉆柱的過程。
[0123]卸開:通常是打開(松開)和旋出(旋松螺紋)以斷開兩個(gè)鉆管的過程。
[0124]天車:起重機(jī)的上部滑輪組。
[0125]天車補(bǔ)償器:液壓裝置，其補(bǔ)償通常在海上操作期間船只或鉆機(jī)的上下運(yùn)動(dòng)。這通常以升高和降低頂部驅(qū)動(dòng)器，使得鉆頭與鉆孔的末端接觸而停留。
[0126]絞車:用以將鉆繩饋送到起重機(jī)或從起重機(jī)饋送鉆繩的電動(dòng)單元。
[0127]鉆繩:從絞車且在天車和行進(jìn)塊上延伸的纜繩。
[0128]鉆管:通常是一段長度的鋼管，經(jīng)常是1m或類似長度，形成鉆“柱”的部分。鋼凸部經(jīng)常焊接到管的任一端?；旧?，一個(gè)凸部并入有陽螺紋，且另一凸部并入有陰螺紋。這允許構(gòu)成鉆管(螺旋或以其它方式連接在一起)以形成鉆柱。
[0129]鉆架:在用于鉆孔之前兩個(gè)或三個(gè)鉆管的短序列通常連接在一起。使用鉆架經(jīng)常通過減少必須構(gòu)成或卸開管接頭的次數(shù)而加速操作。
[0130]鉆柱:基本上，連接在一起且下降到鉆孔中的一系列鉆管。鉆柱的頂端通常附接到頂部驅(qū)動(dòng)器或TDR，而底端通常附接到鉆頭。
[0131]起重機(jī):通常是結(jié)合絞車使用以升高和降低頂部驅(qū)動(dòng)器和TDR的滑輪組系統(tǒng)。
[0132]構(gòu)成:連接一個(gè)鉆管與另一鉆管的過程，通常包含刺穿(將一個(gè)鉆管上的陰螺紋插入到另一鉆管的陽螺紋中)、旋入(將螺紋旋在一起)和加轉(zhuǎn)矩(上緊螺紋)。
[0133]泥漿:在鉆孔或擴(kuò)孔操作期間通常泵送通過鉆柱且送出鉆孔的混合物。泥漿通常用以為鉆柱提供潤滑，運(yùn)載從鉆頭切掉的石塊，且維持鉆孔中的正確壓力。
[0134]泥漿斗:用于固持泥漿的容器，其可在卸開或構(gòu)成接頭時(shí)圍繞管的一部分密封。
[0135]機(jī)架:通常是管架保持準(zhǔn)備好連接到鉆柱或在卸開之后放置的區(qū)域。
[0136]穿透率(ROP):通常是在鉆孔期間鉆柱下降到井孔中的垂直速度。
[0137]保護(hù)接頭:經(jīng)常是一段短長度的鉆管，其連接到頂部驅(qū)動(dòng)器以在卸開和構(gòu)成接頭時(shí)節(jié)省頂部驅(qū)動(dòng)軸桿上的螺紋上的磨損。如用于連續(xù)鉆孔系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中預(yù)期，保護(hù)接頭將比典型情況長，從而允許其突出到TDR中。
[0138]頂部驅(qū)動(dòng)器:例如在鉆孔或擴(kuò)孔期間使鉆柱旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)或液壓馬達(dá)。
[0139]轉(zhuǎn)矩扳手:通常是電動(dòng)扳手，其可夾持管接頭的任一側(cè)且提供足夠轉(zhuǎn)矩以構(gòu)成或卸開接頭。
[0140]動(dòng)滑輪:通常是起重機(jī)的下部滑輪組。
[0141]游動(dòng)差鉆器(TDR):如下更詳細(xì)描述和定義的裝置，其可在鉆柱正旋轉(zhuǎn)和/或泥漿正循環(huán)時(shí)構(gòu)成和卸開管接頭。
[0142]下鉆:通常是在鉆孔之前將鉆柱降低到孔中的過程。
[0143]起鉆:通常是在鉆孔周期之后從孔升高鉆柱的過程。例如當(dāng)鉆頭需要更換時(shí)是需要的。
[0144]現(xiàn)在參見圖1，展示所揭示鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意性表示。在此特定實(shí)施例中，鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I包含第一絞車2 (本文也稱為絞車A)、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一游動(dòng)差鉆器3、第二絞車4(本文也稱為絞車B)、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二游動(dòng)差鉆器5、機(jī)架臂6、管架7、管8和鉆具接頭11。圖1還展示井架9和井架9的鉆臺10。
[0145]所揭示鉆孔和起下鉆系統(tǒng)包含兩個(gè)或兩個(gè)以上協(xié)調(diào)的自動(dòng)控制升降系統(tǒng)，其能夠提升和/或降低管的額定重量，具有任何所需的過拉力和安全因數(shù)。在圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的實(shí)施例中，此升降系統(tǒng)是傳統(tǒng)絞車(絞盤)，但在其它實(shí)施例(未圖示)中，升降系統(tǒng)可為液壓油缸、齒條齒輪系統(tǒng)、高負(fù)載線性馬達(dá)或能夠升降所需重量的任何其它裝置。圖1所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的實(shí)施例包含第一絞車2和第二絞車4。
[0146]所揭示鉆孔和起下鉆系統(tǒng)還包含兩個(gè)或兩個(gè)以上協(xié)調(diào)的自動(dòng)控制可縮回工具，其安裝在移動(dòng)臺車上且由上述升降系統(tǒng)提升/降低。此工具通常稱為游動(dòng)差鉆器或TDR。如圖1描繪，鉆孔和起下鉆系統(tǒng)包含第一 TDR3(本文也稱為TDR-A)和第二 TDR5(本文也稱為TDR-B)。TDR實(shí)施許多功能，包含將升降裝置附接到管，允許管在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)提升和降低，旋轉(zhuǎn)管以進(jìn)行鉆孔和后擴(kuò)孔操作，在管架之間構(gòu)成和卸開接頭，包含和返回過量鉆孔流體到鉆孔流體系統(tǒng)，當(dāng)管正在旋轉(zhuǎn)且處于連續(xù)垂直運(yùn)動(dòng)中時(shí)對準(zhǔn)和連接管架，當(dāng)管正在旋轉(zhuǎn)且處于連續(xù)垂直運(yùn)動(dòng)中時(shí)斷開和移除架，在從管添加和移除架時(shí)將高壓力和流量鉆孔流體系統(tǒng)連接到管中以允許近連續(xù)流體流動(dòng)。因此，TDR以如下方式運(yùn)載鉆孔管或鉆柱的重量:允許自由旋轉(zhuǎn)，以用于鉆孔和后擴(kuò)孔操作的足夠轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)鉆孔管，在管中構(gòu)成和卸開鉆具接頭，與現(xiàn)有架連接和斷開管架，在操作循環(huán)中的不同點(diǎn)處俘獲從管流出的鉆孔流體，清潔和預(yù)處理管螺紋，以及將循環(huán)鉆孔流體耦合到管中用于鉆孔和后擴(kuò)孔操作。如本文詳細(xì)描述，在管處于連續(xù)旋轉(zhuǎn)和垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)可實(shí)施TDR的所有功能。
[0147]TDR的底部部分包含旋轉(zhuǎn)電梯碗(REB，圖1中不可見)，其用以用管自由旋轉(zhuǎn)的方式運(yùn)載鉆孔管的重量。在鉆具接頭的底部肩部上運(yùn)載管的重量。REB的主要組件是:主體，其運(yùn)載管重量回到TDR主框架；碗，其自由旋轉(zhuǎn)，由止推軸承支撐，其中在碗旋轉(zhuǎn)時(shí)軸承元件未自由進(jìn)動(dòng)；主體、碗和止推軸承中的對準(zhǔn)徑向開口(稱為“喉部”)，其允許REB從井架的側(cè)面接合到管上和離開管；“小型”馬達(dá)(電動(dòng)或液壓)，其能夠在從管斷開時(shí)使碗旋轉(zhuǎn)以允許碗與主體之間的喉部的對準(zhǔn)；以及傳感器，用以指示碗喉部與主體喉部的對準(zhǔn)。
[0148]TDR還包含下部旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩扳手(LTW，圖1中不可見；參見例如圖23B)，其為電動(dòng)或液壓供電扳手，接合在鉆具接頭的底部半部上且用以使管旋轉(zhuǎn)以進(jìn)行所有鉆孔操作。LTW的主要組件是:環(huán)形齒輪，具有“門”，其可打開以產(chǎn)生喉部，允許在水平軸上接合和脫離管(當(dāng)此“門”關(guān)閉時(shí)環(huán)形齒輪為完整的360°齒輪環(huán))；一或多個(gè)馬達(dá)(液壓或電動(dòng))，用于驅(qū)動(dòng)耦合到環(huán)形齒輪的小齒輪(這些馬達(dá)的功率和速度額定值以及環(huán)形齒輪與小齒輪的齒輪比是基于鉆孔應(yīng)用的轉(zhuǎn)矩和速度要求來確定)；以及多個(gè)凸輪鎖爪，其可從管耦合和解耦。
[0149]TDR還包含上部旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩扳手(UTW，圖1中不可見；參見例如圖26B)，其為液壓供電扳手，接合在鉆具接頭的頂部半部上且用以在管中連接和斷開鉆具接頭。不同于LTW，UTW以零轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)，或以高轉(zhuǎn)矩進(jìn)行小的增量移動(dòng)，因此其功率要求比LTW小得多。另外，不同于LTW，必須允許UTW從鉆具接頭縮回以便允許泥漿斗在旋轉(zhuǎn)器和流體連接操作期間接合。盡管存在功率額定差異和縮回的需要，但UTW的主要組件與LTW相同。
[0150]TDR還包含旋轉(zhuǎn)器(圖1中不可見，例如參見圖7B)，其為液壓或電動(dòng)供電裝置，用于在連接和斷開期間管架的快速旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)器在“拉出孔”操作中UTW已“卸開”接頭之后以及在“進(jìn)入孔”操作中UTW “構(gòu)成”接頭之前操作。另外，TDR還包含泥漿斗(MB，圖1中不可見，例如參見圖9B)，其為兩部分泥漿容器，在每當(dāng)預(yù)期鉆孔流體的流出時(shí)在鉆具接頭周圍閉合。MB具備合適的真空管，其能夠以其最大流出速率提取鉆孔流體且將其返回到流體處置系統(tǒng)。而且，MB可具有必要的洗滌和空氣系統(tǒng)以從將連接的螺紋清潔鉆孔流體。另夕卜，MB可并入有用于將“管涂料”分配到將連接的螺紋上的系統(tǒng)。
[0151]TDR還包含流體連接系統(tǒng)(FCS，圖1中不可見；參見例如圖12B和圖25B)，其為可縮回快速連接系統(tǒng)，用于在鉆孔和后擴(kuò)孔操作期間將鉆孔流體連接到鉆孔管的頂部中，且對膨脹式封隔器利用類似技術(shù)。FCS包含用于允許管自由旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)耦合件，且針對合適的壓力和流量進(jìn)行額定以用于鉆孔和后擴(kuò)孔操作。FCS配備一或多個(gè)閥，用于在鉆孔操作期間按需要將管線密封于泥漿泵和鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(FDS，圖1中不可見)。FDS是泥漿泵與第一和第二 TDR之間的額外系列的閥，原因在于需要使鉆孔流體快速轉(zhuǎn)向到第一 TDR、第二TDR或不轉(zhuǎn)向到任一 TDR。FDS允許將鉆孔流體路由到第一 TDR、第二 TDR或循環(huán)回到泥漿罐而不停止泥漿泵。
[0152]所揭示鉆孔和起下鉆系統(tǒng)還包含一或多個(gè)管處置和存儲系統(tǒng),其允許鉆管架在其從鉆柱斷開且從TDR脫離時(shí)從井中心移動(dòng)到合適的存儲架，且在其與TDR接合時(shí)使其移動(dòng)回到井中心。在管處于恒定旋轉(zhuǎn)和垂直運(yùn)動(dòng)中的情況下實(shí)施所有這些動(dòng)作。如圖1中描繪，此系統(tǒng)的主要組件是機(jī)架臂6，且還包含管架7，但在其它實(shí)施例(未圖示)中，可包含額外機(jī)架臂和/或管架。
[0153]所揭示鉆孔和起下鉆系統(tǒng)還包含鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(圖1中不可見，參見例如圖14B和圖37B)，其允許將鉆孔流體引導(dǎo)到第一 TDR3或第二 TDR5，或再循環(huán)到泥漿系統(tǒng)(未圖示)而不停止泥漿泵(未圖示)。
[0154]所揭示鉆孔和起下鉆系統(tǒng)還包含集成冗余控制系統(tǒng)(圖2)，具有若干傳感器和致動(dòng)器，可用以用同步方式控制所有上述子系統(tǒng)以促進(jìn)起下鉆和鉆孔操作模式兩者中的連續(xù)或近連續(xù)操作。這在本文大體上稱為集成控制系統(tǒng)或ICS。ICS是冗余數(shù)字控制器，其可經(jīng)編程為對鉆孔設(shè)備的所有功能具有且施加控制?；蛘?，ICS可經(jīng)編程以僅控制操作的某些方面(如果這被視為合意的)。另外，ICS與在鉆孔過程中使用的所有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成(絞車、泥漿泵、轉(zhuǎn)矩扳手等等)以允許完全自動(dòng)化操作。ICS另外被提供用于監(jiān)視各種井參數(shù)以允許基于井條件而自動(dòng)控制例如起下鉆速度和穿透率等等的傳感器信息。ICS還可被提供來自運(yùn)動(dòng)反饋裝置的信號以允許將有效升沉控制并入到自動(dòng)鉆孔過程中。ICS的主要組件是控制模塊的集成陣列，其經(jīng)由冗余網(wǎng)絡(luò)連接到所有必要的輸入/輸出節(jié)點(diǎn)以致動(dòng)所有機(jī)器且讀取所有傳感器。硬件將符合(或超過)根據(jù)IEC61508的安全完整性水平3 (圖3)。
[0155]在ICS中，兩個(gè)或兩個(gè)以上控制模塊在冗余模式中操作，其中在作用中與備用控制器之間具有“無波動(dòng)”傳送。存在控制模塊的若干合適的物理實(shí)施方案，包含但不限于高性能工業(yè)可編程邏輯控制器，例如高性能工業(yè)PC、高性能單板計(jì)算機(jī)等等。對控制模塊的要求包含:在合適時(shí)間周期內(nèi)執(zhí)行所有必要控制算法的足夠處理能力，以足夠帶寬和足夠低等待時(shí)間連接到系統(tǒng)上的所有其它節(jié)點(diǎn)(參見下文關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的論述)(包含到冗余陣列中的其它控制模塊的連接)的足夠網(wǎng)絡(luò)連接性，以及合適編程工具以適合于工業(yè)控制和自動(dòng)化應(yīng)用的方式實(shí)施控制系統(tǒng)的可用性。
[0156]ICS還包含具有冗余操作的兩個(gè)或兩個(gè)以上網(wǎng)絡(luò)物理層。取決于所需的帶寬和等待時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)可使用“多支路”或“星型”拓?fù)洌蚺c多分支到減少數(shù)目的節(jié)點(diǎn)的每一網(wǎng)絡(luò)支線的組合。存在冗余網(wǎng)絡(luò)的若干合適的物理實(shí)施方案，包含但不限于過程現(xiàn)場總線(PR0FIBUS)或基于以太網(wǎng)(Modbus TCP、EtherCAT、ProfiNET)。對網(wǎng)絡(luò)的要求是足夠的帶寬和足夠低的等待時(shí)間以在與所有控制序列和閉環(huán)控制功能的所需動(dòng)態(tài)響應(yīng)一致的時(shí)間周期內(nèi)交換所有所需數(shù)據(jù)，確定性時(shí)序以允許確定所有序列響應(yīng)時(shí)間和閉環(huán)性能，與油田操作環(huán)境一致的嚴(yán)格物理實(shí)施方案，與油田操作環(huán)境一致的嚴(yán)格電特性(ESD、EMC等等)，以及充分的數(shù)據(jù)保護(hù)和/或數(shù)據(jù)冗余以確保系統(tǒng)的操作不受數(shù)據(jù)破壞的損害。
[0157]表I描述控制節(jié)點(diǎn):
[0158]表I
[0159]^廷巧__足辦.___系涵而_兩不絞_不雨麗動(dòng)器(mΜ、叫石齡德1f <AIIIB)頻字議器).p.A:.fclt:,.........f.....A........1t1.....?.、_川_____〗'絞_不_機(jī)_ 器的麗外.■福面丨傳涵器_______「例如___，_________鼓福福I1:_________
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將實(shí)時(shí)數(shù)掘提供到ics以允許使鉆孔操作「丨動(dòng)化的竹m
_感器，到如并m力傳感器、海底収油竹川力
、+ V ιΥι ■ 提.供M;f.-1lllllliiillcixiw W Jtil'/l: ICS_響兒_|效.艦控制€統(tǒng)_
[0160]關(guān)于ICS數(shù)據(jù)描述，ICS的網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)中的每一者與控制模塊交換傳感器反饋和/或致動(dòng)器控制信號。表2詳細(xì)描述在一個(gè)實(shí)施例中針對網(wǎng)絡(luò)上的主要節(jié)點(diǎn)中的每一者可交換的信息。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，更多或更少信息可輸入、收集或獲得、存儲在存儲器中，和/或發(fā)送或發(fā)射到各種控制節(jié)點(diǎn)或從各種控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送或發(fā)射，如給定應(yīng)用中可能需要。
[0161]表2
[0162]1函..節(jié).點(diǎn).................................................................................................................................................................................................函到.擇..制.顧麗仏..感監(jiān)麗......從砑制.稅.塊.接.收.顚動(dòng)器.麗.....?*§達(dá)耗"飯..VUij命令
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?延仲限制.』1:關(guān).Α? Hl旋摶電梯碗輔助巧達(dá)
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?REB對準(zhǔn)傳感器命令

?LTW壞形齒輪對淮傳感器.LTW門控制命令

?LTW “門”位孜$感器.LTW爪接介命令

?LTW爪接介傳感器*UTW縮丨"I/接介命令

?UTW _i_i/延仲W制11: %.UTW “門，'控制命令

?UTW環(huán)B齒輪對準(zhǔn)fQ感器.UTW 11J達(dá)命令

?UTW “門”位-mt感器.UTW爪接合命令TDR (AllIB).UTW爪接介傳感器.命令
?UTW轉(zhuǎn)矩傳惑器*MB )!(.‘+:按通/斷開命令
?ΜΒ?Π丨V關(guān)剛域制開關(guān).旋轉(zhuǎn)器接介命令

?MBtt空LIiJj反■.旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)/方丨?』命令

?MB流休UUj傳感器.FCS延伸/縮丨Hl命令

?旋轉(zhuǎn)器縮N/接合艱_邛關(guān).FCS接合/脫離命令
?旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器*rcs_>i命令

?FCS縮卜彳/延伸限制JI'.關(guān).FCS _控制命令

?FCS脫離/接合限制幾義_I.FCS密封限制開關(guān) _
[0163]
?4達(dá)鈐ft1:..V1.Hj命令
iP*s*^Jifit."J達(dá)速度*速度參θ
狐'纖稱纖.VUU狀態(tài).轉(zhuǎn)則!!制

?ff1i狀態(tài)
W絡(luò)W點(diǎn)發(fā)送到摶制稅塊的傳感器信息從控制?塊接ft的致動(dòng)器信息
'._______________位_找__反頌_______(_____義研、________A",________B",_________.位孜命令(W, A, B,
泥漿《丨丨*1_鈴M)轉(zhuǎn)向)
?泥漿液位沁感器___
?運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，例如:.運(yùn)動(dòng)命i>,例如:βΑΒβ?Λ#,.::移動(dòng)/:(許〗~-*位1!2.移動(dòng)到卜' '位H藝觀纖麗 ;;:簡,a,.VU丨I命令

?健康狀態(tài)
M HMΦ ,,^jiiJj.轉(zhuǎn)丨?|器
-六軸迦速度.WimmnJ
運(yùn)動(dòng)參巧中.兒.六軸速率
_丨.八_霞__
[0164]在一個(gè)實(shí)施例中，ICS是具有存儲器和計(jì)算機(jī)軟件的計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)軟件經(jīng)編程以對以下功能具有直接控制:降低/升高升降機(jī)構(gòu)(例如，絞車)的速率；管的旋轉(zhuǎn)速率；在管的連接和斷開期間旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)的速率；FCS的連接和斷開，包含TDR上的鉆孔流體控制閥；機(jī)架臂和其它管處置設(shè)備的移動(dòng)；在從鉆孔管添加和移除管架時(shí)由機(jī)架臂施加到管架的力；在鉆孔期間的絞車控制參數(shù)-“鉆壓”和/或“穿透率”;在有效升沉補(bǔ)償期間的絞車控制參數(shù)，在“固定到底部”和“未固定到底部”模式中(和在模式轉(zhuǎn)變期間)；泥漿泵速度；以及FDS。
[0165]ICS能夠以用于傳統(tǒng)鉆孔控制的正常鉆機(jī)輸入(例如，鉆壓、穿透率、起下鉆速率等等)來操作。另外，ICS能夠基于井條件監(jiān)視(例如，流體壓力、泥漿添加速率)確定這些參數(shù)的最佳設(shè)定，其中操作者設(shè)定的參數(shù)用作上限。ICS還實(shí)施例如有效升沉補(bǔ)償和碰撞避免等功能。由于ICS對所有鉆孔設(shè)備具有直接控制，且被提供來自井的所有可用反饋數(shù)據(jù)，因此在油井鉆孔的科學(xué)和技術(shù)發(fā)展時(shí)可增加額外能力。在其完全開發(fā)實(shí)施方案中，ICS將以完全自動(dòng)化、智能、自適應(yīng)方式對井進(jìn)行起下鉆、鉆孔和擴(kuò)孔，從而基于尤其直接從井測量的數(shù)據(jù)來為其決策和控制操作作為基礎(chǔ)。
[0166]存在在鉆孔過程的不同階段和條件下需要的許多特定操作序列。下文詳細(xì)描述三個(gè)典型情形的操作序列。第一情形是以連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)從孔移除管，第二情形是鉆孔，且第三情形是以最大速度從豎管或套管孔移除管而不需要管的流體循環(huán)或旋轉(zhuǎn)。在所描述循環(huán)中的每一者的結(jié)束時(shí)，循環(huán)以通道A執(zhí)行通道B完成的任務(wù)來重復(fù)，反之亦然。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易了解，許多其它情形使用本發(fā)明是適用的，但多數(shù)其它情形大體上是這三種情形的序列的簡化或組合。
[0167]以連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)移除管
[0168]圖4A和圖4B展示用于在連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)的情況下以I英尺/秒從孔移除管的一個(gè)循環(huán)的詳細(xì)操作序列。圖5到21提供當(dāng)前揭示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的“快照”，此時(shí)其完成圖4A和圖4B所示的操作序列的兩個(gè)循環(huán)。參見圖5A，其為恰好在第一 TDR3在鉆具接頭11下方延伸且接合管8之前在t = O秒處展示鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的不意圖。圖中的相同特征和兀件在各圖中具有相同的標(biāo)號。圖5A中展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖5B中較為可見，其展示在t = O秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖5B展示井架9和鉆臺10的部分、第一絞車2、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8、鉆具接頭11，以及活塞12和樞軸臂14，其縮回且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝?TDR3的特征包含UTW20和LTW21。
[0169]現(xiàn)在參見圖6A，其為在第一 TDR3的旋轉(zhuǎn)器22延伸以接合管8時(shí)在t = 5秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖6A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架
7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖6B中較為可見，其展示在t = 5秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖6B展示井架9和鉆臺10的部分、第一絞車2、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13。可見的第一 TDR3的特征包含UTW20、LTW21、旋轉(zhuǎn)器22和泥漿斗23。
[0170]現(xiàn)在參見圖7A，其為在第一 TDR3的UTW20縮回時(shí)在t = 11秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖7A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖7B中較為可見，其展示在t =11秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖7B展示井架9和鉆臺10的部分、第一絞車2、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13。可見的第一 TDR3的特征包含UTW20、LTW21、旋轉(zhuǎn)器22和泥漿斗23。
[0171]現(xiàn)在參見圖8A，其為在第一 TDR3的泥漿斗23關(guān)閉時(shí)在t = 14秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖8A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖8B中較為可見，其展示在t =14秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖8B展示井架9和鉆臺10的部分、第一絞車2、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝?TDR3的特征包含LTW21、旋轉(zhuǎn)器22和泥漿斗23。
[0172]現(xiàn)在參見圖9A，其為在旋轉(zhuǎn)器22斷開管8時(shí)在第一 TDR3的泥漿斗23提取泥漿時(shí)在t = 19秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖9A中再次展示第一絞車
2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖9B中較為可見，其展示在t = 19秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖9B展示井架9和鉆臺10的部分、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝?TDR3的特征包含LTW21、旋轉(zhuǎn)器22和泥漿斗23。
[0173]現(xiàn)在參見圖10A，其為在第一 TDR3的泥漿斗23縮回時(shí)在t = 24秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖1OA中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖1OB中較為可見，其展示在t = 24秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖1OB展示井架9的一部分、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8、鉆具接頭11，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝?TDR3的特征包含LTW21、旋轉(zhuǎn)器22和泥漿斗23。
[0174]現(xiàn)在參見圖11A，其為在機(jī)架臂6移除架18(管8的斷開區(qū)段)時(shí)在t = 26秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖1lA中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖1lB中較為可見，其展示在t = 26秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖1lB展示井架9的一部分、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、架18、管8，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝?TDR3的特征包含LTW21、旋轉(zhuǎn)器22和泥漿斗23。
[0175]現(xiàn)在參見圖12A，其為在第一 TDR3的FCS24接合旋轉(zhuǎn)的管8時(shí)在t = 32秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖12A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖12B中較為可見，其展示在t = 32秒時(shí)第一 TDR3和第二 TDR5的特寫圖。圖12B展示井架9的一部分、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、第二 TDR5、第二移動(dòng)臺車15、管8，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13。可見的第一 TDR3的特征包含LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24。
[0176]現(xiàn)在參見圖13A，其為在密封后泥漿流開始時(shí)在t = 36秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖13A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖13B中較為可見，其展示在t = 36秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖13B展示井架9的一部分、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8、管架7，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝籘DR3的特征包含LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24。
[0177]現(xiàn)在參見圖14A，其為在以旋轉(zhuǎn)和泥漿流拉動(dòng)管8時(shí)在t = 45秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖14A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖14B中較為可見，其展示在t=45秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖14B展示井架9的一部分、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8、管架7，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝?TDR3的特征包含LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24。
[0178]現(xiàn)在參見圖15A，其為在第二 TDR5接合管8的下一鉆具接頭11時(shí)在t = 77秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖15A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖15B中較為可見，其展示在t = 77秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖15B展示井架9的一部分、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8、管架7，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13。可見的第一 TDR3的特征包含LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24。
[0179]現(xiàn)在參見圖16A，其為在第二 TDR5接管管8的重量負(fù)載和旋轉(zhuǎn)時(shí)在t = 81秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖16A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖16B中較為可見，其展示在t = 81秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖16B展示井架9的一部分、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8、管架7，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13。可見的第一 TDR3的特征包含LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24。
[0180]現(xiàn)在參見圖17A，其為在第一 TDR3的流體連接系統(tǒng)24脫離時(shí)在t = 92秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖17A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖17B中較為可見，其展示在t = 92秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖17B展示井架9的一部分、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8、管架7，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝?TDR3的特征包含LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24。
[0181]現(xiàn)在參見圖18A，其為在第一 TDR5開始從管縮回時(shí)在t = 95秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖18A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖18B中較為可見，其展示在t=95秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖18B展示井架9的一部分、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8、管架7，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝?TDR3的特征包含LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24。
[0182]現(xiàn)在參見圖19A，其為在機(jī)架臂6移除管8的架18的同時(shí)第一 TDR3使井架9下降時(shí)在t = 103秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖19A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3和第二TDR5的特征在圖19B中較為可見，其展示在t = 103秒時(shí)第一 TDR3和第二 TDR5的特寫圖。圖19B展示井架9的一部分、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、架18、管架7、活塞12和樞軸臂14，其縮回且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13，第二 TDR5、第二移動(dòng)臺車15，以及第二活塞16和第二樞軸臂17，其延伸且附接到第二 TDR5和第二移動(dòng)臺車15?？梢姷牡谝籘DR3的特征包含UTW20、LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24，可見的第二 TDR5的特征包含第二旋轉(zhuǎn)器32、第二泥漿斗33和第二 FCS34。
[0183]現(xiàn)在參見圖20A，其為在第二 TDR5拉動(dòng)且旋轉(zhuǎn)管8時(shí)在t = 115秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖20A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖20B中較為可見，其展示在t = 115秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖20B展示井架9和鉆臺10的一部分、第一絞車2、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8、鉆具接頭11，以及活塞12和樞軸臂14，其縮回且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝?TDR3的特征包含UTW20、LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24。
[0184]現(xiàn)在參見圖21A，其為在第一 TDR3回到開始位置中等待管8的下一鉆具接頭11時(shí)在t = 129秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖21A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖21B中較為可見，其展示在t = 129秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖21B展示井架9和鉆臺10的一部分、第一絞車2、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8、鉆具接頭11，以及活塞12和樞軸臂14，其縮回且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝?TDR3的特征包含UTW20、LTW21、旋轉(zhuǎn)器 22、泥漿斗 23 和 FCS24。
[0185]M2L
[0186]圖22A和圖22B展示以I英尺/秒進(jìn)行鉆孔的一個(gè)循環(huán)的詳細(xì)操作序列。圖23到42提供當(dāng)前揭示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的“快照”，此時(shí)其完成圖22A和圖22B所示的操作鉆孔序列的兩個(gè)循環(huán)。參見圖23A，其為在第一 TDR3正在鉆孔、旋轉(zhuǎn)且降低管8并循環(huán)泥漿時(shí)在t = I秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖23A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖23B中較為可見，其展示在t = I秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖23B展示鉆臺10的一部分、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13。可見的第一 TDR3的特征包含UTW20、LTW21、旋轉(zhuǎn)器
22、泥漿斗23和FCS24。
[0187]現(xiàn)在參見圖24A，其為在管8到達(dá)鉆臺10、穿透停止且泥漿閥關(guān)閉時(shí)在t = 8秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖24A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖24B中較為可見，其展示在t = 8秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖24B展示鉆臺10的一部分、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝?TDR3的特征包含UTW20、LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24。
[0188]現(xiàn)在參見圖25A，其為在第一 TDR3的流體連接系統(tǒng)24縮回且第一 TDR3的泥漿斗23打開時(shí)在t = 19秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的不意圖。圖25A中再次展不第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖25B中較為可見，其展示在t = 19秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖25B展示鉆臺10的一部分、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13。可見的第一 TDR3的特征包含UTW20、LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24。
[0189]現(xiàn)在參見圖26A，其為在第一 TDR3的旋轉(zhuǎn)器22和UTW20接合的同時(shí)在機(jī)架臂6插入新架18時(shí)在t = 23秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的Iv實(shí)施例的不意圖。圖26A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一TDR3的特征在圖26B中較為可見，其展示在t = 23秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖26B展示鉆臺10的一部分、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8、架18，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝?TDR3的特征包含UTW20、LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24。
[0190]現(xiàn)在參見圖27A，其為在第一 TDR3的旋轉(zhuǎn)器22和UTW20將新架18連接到管8時(shí)在t = 26秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖27A中再次展示第一絞車
2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖27B中較為可見，其展示在t = 26秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖27B展示鉆臺10的一部分、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8、架18，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝?TDR3的特征包含UTW20、LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗 23 和 FCS24。
[0191]現(xiàn)在參見圖28A，其為在第一 TDR3的旋轉(zhuǎn)器22和UTW20脫離時(shí)在t = 30秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖28A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖28B中較為可見，其展示在t = 30秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖28B展示鉆臺10的一部分、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13。可見的第一 TDR3的特征包含UTW20、LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24。
[0192]現(xiàn)在參見圖29A，其為在第二 TDR5在井架9的頂部處與管8接合時(shí)在t = 34秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖29A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖29B中較為可見，其展示在t = 34秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖29B展示鉆臺10的一部分、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝?TDR3的特征包含UTW20、LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24。
[0193]現(xiàn)在參見圖30A，其為在第一 TDR3從井中心縮回時(shí)在t = 36秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖30A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖30B中較為可見，其展示在t = 36秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖30B展示鉆臺10的一部分、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝?TDR3的特征包含UTW20、LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24。
[0194]現(xiàn)在參見圖31A，其為在第一 TDR3提升到井架的頂部時(shí)在t = 43秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖31A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖31B中較為可見，其展示在t = 43秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖31B展示鉆臺10的一部分、第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8、鉆具接頭11，以及活塞12和樞軸臂14，其縮回且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝?TDR3的特征包含UTW20、LTW21、旋轉(zhuǎn)器22和泥漿斗23。
[0195]現(xiàn)在參見圖32A，其為在鉆孔經(jīng)由第二 TDR5繼續(xù)時(shí)在t = 50秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖32A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架
9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3和第二 TDR5的特征在圖32B中較為可見，其展示在t = 50秒時(shí)第一 TDR3和第二 TDR5的特寫圖。圖32B展示第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、活塞12和樞軸臂14，其縮回且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13，第二 TDR5、第二移動(dòng)臺車15，以及第二活塞16和第二樞軸臂17，其延伸且附接到第二 TDR5和第二移動(dòng)臺車15?？梢姷牡谝?TDR3的特征包含F(xiàn)CS24，且可見的第二 TDR5的特征包含第二 FCS34。
[0196]現(xiàn)在參見圖33A，其為在第二 TDR5到達(dá)鉆臺10且穿透停止時(shí)在t = 129秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖33A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第二 TDR5的特征在圖33B中較為可見，其展示在t= 129秒時(shí)第二 TDR5的特寫圖。圖33B展示第二 TDR5、第二移動(dòng)臺車15，以及第二活塞16和第二樞軸臂17，其延伸且附接到第二 TDR5和第二移動(dòng)臺車15?？梢姷牡诙DR5的特征包含第二 UTW30、第二 LTW31、第二旋轉(zhuǎn)器32、第二泥漿斗33和第二 FCS34。
[0197]現(xiàn)在參見圖34A，其為在機(jī)架臂6帶入下一架的同時(shí)在第二 TDR5斷開時(shí)在t = 146秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖34A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂
6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第二 TDR5的特征在圖34B中較為可見，其展示在t = 146秒時(shí)第二 TDR5的特寫圖。圖34B展示第二 TDR5、第二移動(dòng)臺車15，第二絞車4、管8，以及第二活塞16和第二樞軸臂17，其延伸且附接到第二 TDR5和第二移動(dòng)臺車15?？梢姷牡诙?TDR5的特征包含第二 UTW30、第二 LTW31、第二旋轉(zhuǎn)器32、第二泥漿斗33和第二 FCS34。
[0198]現(xiàn)在參見圖35A，其為在第二 TDR5將新架18連接到管8時(shí)在t = 152秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖35A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管
8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第二 TDR5的特征在圖35B中較為可見，其展示在t = 152秒時(shí)第二 TDR5的特寫圖。圖35B展示第二 TDR5、第二移動(dòng)臺車15，第二絞車4、架18、管8，以及第二活塞16和第二樞軸臂17，其延伸且附接到第二 TDR5和第二移動(dòng)臺車15。可見的第二 TDR5的特征包含第二 UTW30、第二 LTW31、第二旋轉(zhuǎn)器32、第二泥漿斗33 和第二 FCS34。
[0199]現(xiàn)在參見圖36A，其為在第一 TDR3接合新架18的頂部時(shí)在t = 162秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖36A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖36B中較為可見，其展示在t = 162秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖36B展示第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、架18，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13。可見的第一 TDR3的特征包含UTW20、LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24。
[0200]現(xiàn)在參見圖37A，其為在第一 TDR3拾取管8的重量和旋轉(zhuǎn)負(fù)載且接合流體連接系統(tǒng)24時(shí)在t = 165秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖37A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖37B中較為可見，其展示在t = 165秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖37B展示第一TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝?TDR3的特征包含UTW20、LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24。
[0201]現(xiàn)在參見圖38A，其為在第二 TDR5已縮回且第一 TDR3正在鉆孔時(shí)在t = 170秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖38A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂
6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖38B中較為可見，其展示在t = 170秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖38B展示第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8、機(jī)架臂6，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車
13?？梢姷牡谝?TDR3的特征包含UTW20、LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24。
[0202]現(xiàn)在參見圖39A，其為在第二 TDR5升高到井架9的頂部時(shí)在t = 175秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖39A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管
8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖39B中較為可見，其展示在t = 175秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖39B展示第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8、機(jī)架臂6，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝籘DR3的特征包含UTW20、LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24。
[0203]現(xiàn)在參見圖40A，其為在機(jī)架臂6定位下一架18時(shí)在t = 185秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖40A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3和第二 TDR5的特征在圖40B中較為可見，其展示在t = 185秒時(shí)第一 TDR3和第二 TDR5的特寫圖。圖40B展示第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8、活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13，第二TDR5、第二移動(dòng)臺車15，以及第二活塞16和第二樞軸臂17，其縮回且附接到第二 TDR5和第二移動(dòng)臺車15。
[0204]現(xiàn)在參見圖41A，其為在第一 TDR3繼續(xù)鉆孔時(shí)在t = 210秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖41A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖41B中較為可見，其展示在t =210秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖41B展示第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8、機(jī)架臂6，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝?TDR3的特征包含UTW20、LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24。
[0205]現(xiàn)在參見圖42A，其為在第一 TDR3到達(dá)鉆臺10且循環(huán)重復(fù)時(shí)在t = 250秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖42A中再次展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、井架9、井架9的鉆臺10，以及鉆具接頭11。第一 TDR3的特征在圖42B中較為可見，其展示在t = 250秒時(shí)第一 TDR3的特寫圖。圖42B展示第一 TDR3、第一移動(dòng)臺車13、管8，以及活塞12和樞軸臂14，其延伸且附接到第一 TDR3和第一移動(dòng)臺車13?？梢姷牡谝籘DR3的特征包含UTW20、LTW21、旋轉(zhuǎn)器22、泥漿斗23和FCS24。
[0206]在無管的流體循環(huán)或旋轉(zhuǎn)的情況下移除管
[0207]圖43A和圖43B展示用于在不需要管的流體循環(huán)或旋轉(zhuǎn)的情況下以3英尺/秒從豎管或套管孔移除管的一個(gè)循環(huán)的詳細(xì)操作序列。圖44到54提供當(dāng)前揭示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的“快照”，此時(shí)其完成圖43A和圖43B所示的操作鉆孔序列的兩個(gè)循環(huán)。參見圖44，展示在第一 TDR3正在從孔拉動(dòng)管8時(shí)在t = O秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的示意性表示。圖44中展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、鉆具接頭11、井架9，以及井架9的鉆臺10。
[0208]參見圖45，展示在第一 TDR3正在斷開頂部架18時(shí)在t = 2秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的不意性表不。圖45中展不第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、架18、鉆具接頭11、井架9,以及井架9的鉆臺10。
[0209]參見圖46，展示在第一 TDR3斷開頂部架18的同時(shí)在機(jī)架臂6控制頂部架18時(shí)在t = 6秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的示意性表示。圖46中展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架
7、管8、架18、鉆具接頭11、井架9，以及井架9的鉆臺10。
[0210]參見圖47，展示在第二 TDR5使井架下降時(shí)在t = 9秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的示意性表示。圖47中展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、架18、鉆具接頭11、井架9，以及井架9的鉆臺10。
[0211]參見圖48，展示在第一 TDR3已完成斷開頂部架18且機(jī)架臂6將頂部架18移動(dòng)到管架7時(shí)在t = 19秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的示意性表示。圖48中展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、架18、鉆具接頭11、井架9，以及井架9的鉆臺10。
[0212]參見圖49，展示在機(jī)架臂6返回到開始位置時(shí)在t = 26秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的示意性表示。圖49中展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車
4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、鉆具接頭11、井架9，以及井架9的鉆臺10。
[0213]參見圖50，展示在第二 TDR5接合下一鉆具接頭11時(shí)在t = 27秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的不意性表不。圖50中展不第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、鉆具接頭11、井架9，以及井架9的鉆臺10。
[0214]參見圖51，展示在第二 TDR5拾取管8的重量且第一 TDR3縮回時(shí)在t = 32秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的示意性表示。圖51中展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、鉆具接頭11、井架9，以及井架9的鉆臺10。
[0215]參見圖52，展示在第一 TDR3使井架下降的同時(shí)在第二 TDR5斷開鉆具接頭11時(shí)在t = 36秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的示意性表示。圖52中展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架
7、管8、鉆具接頭11、井架9，以及井架9的鉆臺10。
[0216]參見圖53，展示在第二 TDR5已斷開架18且機(jī)架臂6將架18移動(dòng)到管架7時(shí)在t=49秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的示意性表示。圖53中展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架
7、管8、架18、鉆具接頭11、井架9，以及井架9的鉆臺10。
[0217]參見圖54,展示在循環(huán)重復(fù)時(shí)在t = 60秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)I的示意性表示。圖54中展示第一絞車2、安裝在第一移動(dòng)臺車13上的第一 TDR3、第二絞車4、安裝在第二移動(dòng)臺車15上的第二 TDR5、機(jī)架臂6、管架7、管8、鉆具接頭11、井架9，以及井架9的鉆臺10。
[0218]現(xiàn)在參見圖55，展示所揭示鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意性表示。在此特定實(shí)施例中，鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100包含第一絞車110 (本文也稱為第一 TDR絞車)、第二絞車111 (本文也稱為第二 TDR絞車)、游動(dòng)差鉆器(TDR) 112、第三絞車113 (本文也稱為頂部驅(qū)動(dòng)絞車)、頂部驅(qū)動(dòng)器114、管114a、機(jī)架臂115、存儲架116，以及具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117。圖55還展示井架118、導(dǎo)軌118a和井架118的鉆臺119。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，可包含系統(tǒng)100作為尤其用于岸上或海上操作的鉆機(jī)的部分。
[0219]所揭示鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100包含兩個(gè)或兩個(gè)以上協(xié)調(diào)的自動(dòng)控制升降系統(tǒng)，其能夠提升和/或降低管的額定重量，具有任何所需的過拉力和安全因數(shù)。此升降系統(tǒng)可為如圖55所示的傳統(tǒng)絞車(例如，絞盤)，但在其它實(shí)施例(未圖示)中，升降系統(tǒng)可為液壓油缸、齒條齒輪系統(tǒng)、高負(fù)載線性馬達(dá)或能夠升降所需重量的任何其它裝置。圖55所示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的實(shí)施例包括三個(gè)升降系統(tǒng)，兩個(gè)(第一絞車110和第二絞車111)支撐TDR112，且第三個(gè)(第三絞車113)支撐頂部驅(qū)動(dòng)器114。每一升降系統(tǒng)包括常規(guī)交流(AC)齒輪驅(qū)動(dòng)的絞車和天車/動(dòng)滑輪起重機(jī)配置。兩個(gè)TDR升降系統(tǒng)110和111由集成控制系統(tǒng)或ICS(參見下文和圖58)同步以使得其一致地移動(dòng)。TDRl 12和頂部驅(qū)動(dòng)器114運(yùn)行所沿著的導(dǎo)軌118a配備有測量其在鉆臺119上方的距離的傳感器(未圖示)。由傳感器獲得的信息可饋送到ICS。這允許ICS準(zhǔn)確地控制頂部驅(qū)動(dòng)器114和TDRl 12的垂直位置和速率。三個(gè)天車(117a、117b和117c)任選地安裝在液壓激活的平臺117上，所述平臺結(jié)合運(yùn)動(dòng)傳感器和運(yùn)動(dòng)控制器允許有效升沉補(bǔ)償。
[0220]在圖55中描繪的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的實(shí)施例中，所揭不鉆孔和起下鉆系統(tǒng)還包含頂部驅(qū)動(dòng)器114，其永久連接到短長度的管(114a，延伸保護(hù)接頭)，所述管可由上述升降系統(tǒng)提升和降低。頂部驅(qū)動(dòng)器114執(zhí)行以下功能:在鉆孔和后擴(kuò)孔操作期間使管旋轉(zhuǎn)；在旋轉(zhuǎn)同時(shí)且以連續(xù)垂直運(yùn)動(dòng)輔助構(gòu)成和卸開保護(hù)接頭與管之間的接頭；以及將鉆孔流體從鉆孔流體系統(tǒng)引導(dǎo)到管中。頂部驅(qū)動(dòng)器114可為常規(guī)直接驅(qū)動(dòng)、AC馬達(dá)供電單元。這配備有延伸的保護(hù)接頭114a，其足夠長以通過TDR112的頂部進(jìn)入泥漿斗(圖55中未圖示，參見例如圖56和圖57)。頂部驅(qū)動(dòng)器114在附接到井架118的導(dǎo)軌118a上運(yùn)行，所述導(dǎo)軌提供鉆孔時(shí)的反作用轉(zhuǎn)矩，且將其運(yùn)動(dòng)限于井中心。
[0221]在圖55中描繪的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的實(shí)施例中，所揭示鉆孔和起下鉆系統(tǒng)還包含一或多個(gè)管處置和存儲系統(tǒng)，其允許架在其通過TDR連接到管時(shí)從合適的存儲架朝向井中心移動(dòng)，且在其通過TDR斷開時(shí)使其移動(dòng)回到存儲架。在管處于連續(xù)旋轉(zhuǎn)和垂直運(yùn)動(dòng)中的情況下可實(shí)施所有這些動(dòng)作。如圖55中描繪，此系統(tǒng)的主要組件是機(jī)架臂115，且還包含存儲架116，但在其它實(shí)施例(未圖示)中，可包含額外機(jī)架臂和/或管架。機(jī)架臂115是以可夾持到架上的抓持器以液壓方式操作。這些抓持器提供足夠的夾持力以在頂部驅(qū)動(dòng)器114構(gòu)成和卸開架與保護(hù)接頭之間的接頭時(shí)提供反作用扭矩。臂可在水平平面中移動(dòng)，從而允許架從井架移動(dòng)到井中心。臂還在垂直軸上移動(dòng)，從而允許甚至在頂部驅(qū)動(dòng)器正在移動(dòng)的同時(shí)構(gòu)成或卸開接頭。存儲架116位于井架118上，使得架靠近于其加載到頂部驅(qū)動(dòng)器114中或從頂部驅(qū)動(dòng)器卸載的位置。所揭示鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100還包含鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(圖55中不可見)，其使用閥系統(tǒng)將流體流引導(dǎo)到頂部驅(qū)動(dòng)器114和TDR112的泥漿斗(參見圖56和圖57)。這允許僅頂部驅(qū)動(dòng)器114接收流體，僅TDRl 12接收流體，或兩者均不接收。在后一情況下，流體循環(huán)回到泥漿罐(未圖示)，從而除去停止泥漿泵(未圖示)的需要。
[0222]在圖55中描繪的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的實(shí)施例中，所揭不鉆孔和起下鉆系統(tǒng)還包含自動(dòng)控制工具，稱為游動(dòng)差鉆器112，也由上述升降系統(tǒng)提升和降低。TDR實(shí)施許多功能，包含:旋轉(zhuǎn)管以進(jìn)行鉆孔和后擴(kuò)孔操作；在管架之間構(gòu)成和卸開接頭；在頂部驅(qū)動(dòng)器保護(hù)接頭與管之間構(gòu)成卸開接頭；當(dāng)管正在旋轉(zhuǎn)且處于連續(xù)垂直運(yùn)動(dòng)中時(shí)對準(zhǔn)和連接管架；當(dāng)管正在旋轉(zhuǎn)且處于連續(xù)垂直運(yùn)動(dòng)中時(shí)斷開和移除架；在從管添加和移除架時(shí)將鉆孔流體從鉆孔流體系統(tǒng)引導(dǎo)到管中以允許近連續(xù)流體流動(dòng)；包含和返回過量鉆孔流體到鉆孔流體系統(tǒng)；以及清潔和預(yù)處理管螺紋。
[0223]示意性地，在圖56中展示TDR112。TDR112包含支撐框架120，其固持TDR112的組件且附接到升降系統(tǒng)110和111。通過輥(未圖示)將框架120限于僅在垂直方向上移動(dòng)而不旋轉(zhuǎn)，所述輥與附接到井架118的導(dǎo)軌118a接合。TDR112還包含下部旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩扳手121或LTW，其為電或液壓供電扳手，其接合在鉆具接頭的底部半部上且用以在鉆孔和后擴(kuò)孔操作期間使管旋轉(zhuǎn)，且提供構(gòu)成或卸開保持于靜止泥漿斗124內(nèi)的鉆具接頭所必要的轉(zhuǎn)矩。下部轉(zhuǎn)矩扳手121還將鉆孔管的重量運(yùn)載回到支撐框架和升降系統(tǒng)。LTW121的主要組件是:環(huán)形齒輪，具有“門”，其可打開以產(chǎn)生喉部，允許扳手在水平軸上接合和脫離管(當(dāng)此“門”關(guān)閉時(shí)環(huán)形齒輪為完整的360°齒輪環(huán))；一或多個(gè)馬達(dá)(液壓或電動(dòng))，用于驅(qū)動(dòng)耦合到環(huán)形齒輪的小齒輪(這些馬達(dá)的功率和速度額定值以及環(huán)形齒輪與小齒輪的齒輪比是基于鉆孔應(yīng)用的轉(zhuǎn)矩和速度要求來確定)；以及多個(gè)凸輪鎖爪，其可從管耦合和解耦。下部轉(zhuǎn)矩扳手121使用液壓操作的爪恰在鉆具接頭下方接合在管的管區(qū)段上。這些爪提供在支撐鉆孔管的重量的同時(shí)傳輸鉆孔和構(gòu)成/卸開轉(zhuǎn)矩所需的抓持。所述爪具有足夠長度以實(shí)現(xiàn)必要夾持壓力而不損壞管。通過小齒輪和環(huán)形齒輪驅(qū)動(dòng)爪的一或多個(gè)電動(dòng)馬達(dá)提供旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。這些馬達(dá)的功率和速度額定值以及環(huán)形齒輪與小齒輪的齒輪比是基于鉆孔應(yīng)用的轉(zhuǎn)矩和速度要求確定的。
[0224]TDRl 12還包含上部旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩扳手122或UTW，其為液壓供電扳手，其接合在鉆具接頭的頂部半部上且用以在管正旋轉(zhuǎn)時(shí)和靜止時(shí)提供在靜止泥漿斗124中連接和斷開鉆具接頭所必要的轉(zhuǎn)矩。不同于LTW121，UTW122在此實(shí)施例中不提供鉆孔或后擴(kuò)孔轉(zhuǎn)矩，且不支撐鉆孔管的重量。盡管要求存在差異，但UTW122的主要組件與LTW121相同，具有液壓操作的爪和用于旋轉(zhuǎn)的電驅(qū)動(dòng)。上部轉(zhuǎn)矩扳手122通過浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123附接到支撐框架120。此機(jī)構(gòu)為液壓操作的，且允許在構(gòu)成或卸開接頭時(shí)以受控方式打開或關(guān)閉鉆具接頭。
[0225]另外，TDRl 12還包含三腔室泥漿斗130，其為可用以在每當(dāng)預(yù)期鉆孔流體的流出時(shí)圍繞鉆具接頭關(guān)閉的容器。示意性地，在圖57中展示泥漿斗130。泥漿斗130包括上部旋轉(zhuǎn)腔室125、中間靜止腔室124和下部旋轉(zhuǎn)腔室126，其各自可含有鉆具接頭的一半。腔室124、125和126可由安裝在中間靜止腔室124中的液壓操作的全封閉柱塞131分離，所述全封閉柱塞可關(guān)閉以防止鉆孔流體在上部腔室125與下部腔室126之間流動(dòng)。液壓致動(dòng)的上部管柱塞132和下部管柱塞133可圍繞鉆管關(guān)閉且保持泥漿斗內(nèi)的泥漿，或打開足夠?qū)捯栽试S鉆具接頭穿過。上部管柱塞132和下部管柱塞133中的每一者分別以對應(yīng)的上部轉(zhuǎn)矩扳手122和下部轉(zhuǎn)矩扳手121旋轉(zhuǎn)，使得其相對于管為靜止的。泥漿斗130還包括上部密封件134和下部密封件135，其防止泥漿逸出到環(huán)境且可成對提供以在故障情況下提供冗余。泥漿斗130還包括回轉(zhuǎn)環(huán)136，用以將上部腔室125、中間腔室124和下部腔室126固持在一起。泥漿斗130的中間腔室124含有端口 137，允許泥漿被泵送到腔室中或真空排出腔室。而且，真空系統(tǒng)(未圖示)允許鉆孔流體從泥漿斗130快速移除且返回到流體處置系統(tǒng)。而且，泥漿斗130具有必要的洗滌和空氣系統(tǒng)以從將連接的螺紋清潔鉆孔流體，以及用于將“管涂料”分配到將連接的螺紋上的系統(tǒng)。
[0226]所揭示鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100還包含集成冗余控制系統(tǒng)，具有若干傳感器和致動(dòng)器，可用以用同步方式控制所有上述子系統(tǒng)以促進(jìn)起下鉆和鉆孔操作模式兩者中的連續(xù)或近連續(xù)操作。這在本文基本上稱為集成控制系統(tǒng)或ICS。ICS是冗余數(shù)字控制器，其可經(jīng)編程為對鉆孔設(shè)備的所有功能具有且施加控制?；蛘?，ICS可經(jīng)編程以僅控制操作的某些方面(如果這被視為合意的)。另外，ICS可與在鉆孔過程中使用的一些或所有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成(絞車、泥漿泵、轉(zhuǎn)矩扳手等等)以允許部分或完全自動(dòng)化操作。ICS另外具備用于監(jiān)視各種井參數(shù)以允許基于井條件而自動(dòng)控制例如起下鉆速度和穿透率等等的傳感器信息。集成控制系統(tǒng)可具有以下鉆孔功能的直接控制:升降系統(tǒng)的降低/升高的位置和速率；在鉆孔和后擴(kuò)孔期間管的旋轉(zhuǎn)速率；管的連接和斷開；經(jīng)由泥漿泵速度和鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的鉆孔流體循環(huán)；機(jī)架臂和其它管處置設(shè)備的操作；在鉆孔期間的控制參數(shù)，例如，鉆壓或穿透率；在固定到底部和未固定到底部模式中(和在模式轉(zhuǎn)變期間)在有效升沉補(bǔ)償期間的控制參數(shù)。圖58中說明控制概念。
[0227]ICS提供對應(yīng)于不同程度的鉆孔系統(tǒng)自動(dòng)化的不同操作等級，本文稱為等級I (鉆機(jī)輸入)、等級2(自動(dòng)鉆孔)和等級3(全自主)。在等級I中，ICS提供類似于傳統(tǒng)鉆孔控制上使用的工具。此處，鉆機(jī)可提供輸入，例如鉆壓、穿透率、起下鉆速率和類似輸入。不同于傳統(tǒng)控制的情況，鉆機(jī)不必牽涉到連接和斷開架。ICS自動(dòng)地對各種子系統(tǒng)進(jìn)行定序以確保從井架取得架且在需要時(shí)與管構(gòu)成，或從管卸開且放回到井架中。另外，按需要通過操作來維持旋轉(zhuǎn)和鉆孔流體流。事實(shí)上，似乎鉆機(jī)好像正在以一個(gè)連續(xù)管無中斷地操作。在等級2中，ICS接管由鉆機(jī)正常執(zhí)行的功能中的一些。這些包含基于井條件傳感器自動(dòng)調(diào)整鉆孔參數(shù)(例如，流體壓力、流體流的速率)以優(yōu)化穿透率且消除振動(dòng)。ICS還提供例如在提離底部或釋放卡住的鉆頭之前自動(dòng)松開鉆柱。在等級3中，ICS將以完全自動(dòng)化、智能、自適應(yīng)方式對井進(jìn)行起下鉆、鉆孔和擴(kuò)孔，其決策基于調(diào)查數(shù)據(jù)、高級計(jì)劃信息以及直接從井測量的數(shù)據(jù)。由于在此模式中控制系統(tǒng)對所有鉆孔設(shè)備具有直接控制，且被提供來自井的反饋數(shù)據(jù)，因此在油井鉆孔的科學(xué)和技術(shù)發(fā)展時(shí)可增加額外能力。
[0228]集成控制系統(tǒng)的主要組件是一組控制模塊，經(jīng)由冗余網(wǎng)絡(luò)連接到若干控制節(jié)點(diǎn)。每一控制節(jié)點(diǎn)提供經(jīng)由致動(dòng)器和傳感器對鉆孔系統(tǒng)機(jī)器的特定部分的接達(dá)。硬件將符合(或超過)根據(jù)IEC61508的安全完整性水平3。圖59中說明硬件布局。
[0229]在ICS中，兩個(gè)或兩個(gè)以上控制模塊在冗余模式中操作，其中在作用中與備用控制器之間具有“無波動(dòng)”傳送。存在控制模塊的若干合適的物理實(shí)施方案，包含但不限于高性能工業(yè)可編程邏輯控制器，例如高性能工業(yè)PC、高性能單板計(jì)算機(jī)等等。對控制模塊的要求包含:在合適時(shí)間周期內(nèi)執(zhí)行所有必要控制算法的足夠處理能力，以足夠帶寬和足夠低等待時(shí)間連接到系統(tǒng)上的所有其它控制模塊和節(jié)點(diǎn)(參見下文關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的論述)(包含到冗余陣列中的其它控制模塊的連接)的足夠網(wǎng)絡(luò)連接性，以及合適編程工具以適合于工業(yè)控制和自動(dòng)化應(yīng)用的方式實(shí)施控制系統(tǒng)的可用性。
[0230]在此實(shí)施例中ICS還包含具有冗余操作的兩個(gè)或兩個(gè)以上網(wǎng)絡(luò)物理層。取決于所需的帶寬和等待時(shí)間，每一網(wǎng)絡(luò)可使用“多支路”或“星型”拓?fù)?，或與多分支到減少數(shù)目的節(jié)點(diǎn)的每一網(wǎng)絡(luò)支線的組合。存在冗余網(wǎng)絡(luò)的若干合適的物理實(shí)施方案，包含但不限于過程現(xiàn)場總線(PR0FIBUS)或基于以太網(wǎng)(Modbus TCP、EtherCAT、ProfiNET)。對網(wǎng)絡(luò)的要求是足夠的帶寬和足夠低的等待時(shí)間以在與所有控制序列和閉環(huán)控制功能的所需動(dòng)態(tài)響應(yīng)一致的時(shí)間周期內(nèi)交換所有所需數(shù)據(jù)，確定性時(shí)序以允許確定所有序列響應(yīng)時(shí)間和閉環(huán)性能，與油田操作環(huán)境一致的嚴(yán)格物理實(shí)施方案，與油田操作環(huán)境一致的嚴(yán)格電特定(ESD、EMC等等)，以及充分的數(shù)據(jù)保護(hù)和/或數(shù)據(jù)冗余以確保系統(tǒng)的操作不受數(shù)據(jù)破壞的損害。
[0231]用于本文描述的鉆孔系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的控制節(jié)點(diǎn)在表3中列出。
[0232]表3
[0233]1?制.1?點(diǎn)...................................................................................................................................................................................................................丨描.述...........................................................................................................................................................................................................................................................絞7KVFDs^、個(gè)絞卞丨義彳廣纟達(dá)的八^丨丨+變頻半驢動(dòng)巾.^
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_浮動(dòng)機(jī)W致動(dòng)器_
泥漿泵VFDsIH于泥漿泵_ AC叫變速度驅(qū)動(dòng)器

將鈷孔流體路山到頂部盤動(dòng)器和TDR或使流旁路到泥漿流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)?所耑的泥漿流tt控制W的傳感器和致動(dòng)器。這包六泥漿

坑液位傳感器機(jī)架鍔運(yùn)動(dòng)控制器定序的多軸運(yùn)動(dòng)控te器。此控制器假記介接到ft處+S系統(tǒng)
_中所滿的所冇傳感器.和致動(dòng)器_
ΙΜ,^Ι(/.Λ!提供實(shí)時(shí)數(shù)《以允許使鉆孔操作?動(dòng)化的芯十傳感器，例
n如井$力傳感器、海底取油荇壓力傳感器介沉補(bǔ)償系統(tǒng)|包介運(yùn)動(dòng)傳感器和控制系統(tǒng)以提供七動(dòng)天車/1-沉補(bǔ)償
[0234]關(guān)于ICS數(shù)據(jù)描述，ICS的網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)中的每一者與控制模塊交換傳感器反饋和/或致動(dòng)器控制信號。表4詳細(xì)描述在一個(gè)實(shí)施例中可與網(wǎng)絡(luò)上的控制節(jié)點(diǎn)中的每一者交換的信息。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，更多或更少信息可輸入、收集或獲得、存儲在存儲器中，和/或發(fā)送或發(fā)射到各種控制節(jié)點(diǎn)或從各種控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送或發(fā)射，如給定應(yīng)用中可能需要。
[0235]表4
[0236].控點(diǎn)丨發(fā)送.到.檸制.模塊的摶感器(|.恧........................................................麗.畫憂的.致動(dòng)器位總................'................................................................................................................命.令—
?達(dá)速度.速度參考絞車VFD.馬達(dá)編fiMSil'數(shù).制
?)ι?)?狀態(tài).耗,1:偏移
_.健康狀態(tài)__
r-,..制動(dòng)狀態(tài).制動(dòng)拉制一乂牛.鼓編碼器
-_觸部輸## TDR位實(shí)_器
JT降系統(tǒng)傳感計(jì)數(shù)器*R4制汗.X:.狀態(tài)
?鉤戰(zhàn)佟感器ffi____________
?4達(dá)轉(zhuǎn)S1:.川命令
m.? m ru m.1麵孩.矩控制橫式命令
^ I “4達(dá)編《器〖I.數(shù)*速度I?考
?λ?川狀態(tài).矜S.參芩_.健成狀態(tài)_.Μ--_
_____?ι,,ν__________________._______________浮動(dòng)機(jī)構(gòu)位找.________________抒動(dòng)機(jī)考
am^1 jt!,T.濘動(dòng)機(jī)構(gòu)力(UhiJj)
?鉆孔流休川力—
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?"Cl達(dá)速度*速.度/轉(zhuǎn)》?控制模式命令 m Λ J'.f§達(dá)編《器〖I'數(shù) *速.度參芩
?λ?川狀態(tài).轉(zhuǎn)S>:參考
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-__h部板+ρ爪接&脫離.1:部《丁..爪接介/脫離命令
?I'.部扳Γ.嚴(yán)接(TlkJ)# K部扳丁..爪接介/脫W命令
?K部扳卩爪接+fr/脫離*浮動(dòng)機(jī)構(gòu)位W/力衫考
?卜' 部扳—+f.爪接介1 K力* 1:部密封件打HV %閉命令
?f?動(dòng)機(jī)構(gòu)位咒.1、'部密封件打汗/.X；_W命令TDR.濘動(dòng)機(jī)構(gòu)力(缸.jkij) *泥漿4中_密封件打JF/XW
?1:部密封件打〗丨7爻閉命令
?K部密封f H:J.J 1:/細(xì)*泥漿1.1--接通/斷.)Γ-命令
?扼漿斗中N密封件liJ|7關(guān)W
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_.泥漿斗鉆孔流休m力__....?.函碩(.—麗 ?
?馬達(dá)速度 * 速度參考_I.川狀態(tài)_丨.轉(zhuǎn)則?制_
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機(jī)架臂運(yùn)動(dòng)控.運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(例如，處子位置，移實(shí)，火持在管1:)
制器動(dòng))
_.魅康狀態(tài)__.并頭瓜力.BOP
If Jia a.豎矜詠:力《轉(zhuǎn)M器.操作模式(例如，丨S丨定到底部)*操作模式命令升沉補(bǔ)償系統(tǒng)*運(yùn)動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)
_.補(bǔ)償致動(dòng)器信.&_I_
[0238]許多特定操作序列存在在鉆孔過程的不同階段和條件下通常是重要的。下文詳細(xì)描述三個(gè)典型情形的通常操作序列。第一情形以I英尺/秒鉆孔，例如以連續(xù)旋轉(zhuǎn)和流體循環(huán)將管添加到孔，第二情形以I英尺/秒后擴(kuò)孔，例如以連續(xù)旋轉(zhuǎn)和流體循環(huán)從孔移除管，且第二情形是以3英尺/秒起鉆，例如從豎管或套管孔移除管而不需要流體循環(huán)或管旋轉(zhuǎn)。在所描述循環(huán)中的每一者的結(jié)束處，循環(huán)重復(fù)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易了解，許多其它情形使用本發(fā)明是適用的，但多數(shù)其它情形大體上是這三種情形的序列的簡化或組合。
[0239]以I英尺/秒鉆孔
[0240]圖60到圖71提供當(dāng)前揭示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的“快照”，此時(shí)其完成以I英尺/秒鉆孔的一個(gè)循環(huán)。圖60展示t = O時(shí)的開始狀態(tài)。頂部驅(qū)動(dòng)器114處于最高位置，且TDR112的下部轉(zhuǎn)矩扳手121支撐鉆孔管127的重量且使其旋轉(zhuǎn)。為便于表示，將泥漿斗130描繪為具有:上部部分124’，其包含中間腔室124的高于全封閉柱塞131和上部腔室125的部分；以及下部部分124’ ’，其包含中間腔室124的低于全封閉柱塞131和下部腔室126的部分。泥漿斗130的全封閉柱塞131和下部管柱塞133關(guān)閉，且流體通過泥漿斗130的下部部分124’ ’泵送到管127中。機(jī)架臂115固持新的管架128且處于準(zhǔn)備好接近頂部驅(qū)動(dòng)器114的位置。安裝在框架120上的TDR112以I英尺/秒的所需鉆孔速率降低。頂部驅(qū)動(dòng)器114的頂部驅(qū)動(dòng)器浮動(dòng)機(jī)構(gòu)(未圖示)縮回，且上部轉(zhuǎn)矩扳手122的浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123延伸。圖60中展示第一絞車110、第二絞車111、第三絞車113、保護(hù)接頭114a、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119，以及泥漿斗130的上部部分124’。
[0241]參見圖61，其為在以I英尺/秒鉆孔時(shí)在t = 3秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。機(jī)架臂115在保護(hù)接頭114a下方移動(dòng)新管架128的頂部接頭。頂部驅(qū)動(dòng)器浮動(dòng)機(jī)構(gòu)(未圖示)施加插入力且頂部驅(qū)動(dòng)器114構(gòu)成保護(hù)接頭114a與架128之間的接頭。圖61中也展示第一絞車110、第二絞車111、安裝在框架120上的包含LTW121、UTW122、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123的TDRl 12、包含上部部分124’、下部部分124’ ’、全封閉柱塞131和下部管柱塞133的泥漿斗130、第三絞車113、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119，以及鉆孔管127。
[0242]參見圖62，其為在以I英尺/秒鉆孔時(shí)在t = 17秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。機(jī)架臂115撤回到安全距離且隨后開始從準(zhǔn)備好下一循環(huán)的機(jī)架(未圖示)獲取新架128的新循環(huán)。頂部驅(qū)動(dòng)器114向下加速以追上安裝在框架120上的TDR112。同時(shí)，頂部驅(qū)動(dòng)器114旋轉(zhuǎn)達(dá)到鉆孔速度且頂部驅(qū)動(dòng)器浮動(dòng)機(jī)構(gòu)(未圖示)縮回。此繼續(xù)直到新架的底部接頭插入到泥漿斗130的上部部分124’中為止。在此點(diǎn)，頂部驅(qū)動(dòng)器114的運(yùn)動(dòng)在垂直速率和旋轉(zhuǎn)速度兩者上匹配于TDRl 12的運(yùn)動(dòng)。圖62中也展示第一絞車110、第二絞車111、LTW121、UTW122、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123、泥漿斗130的下部部分124’ ’、全封閉柱塞131和下部管柱塞133、第三絞車113、保護(hù)接頭114a、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119，以及鉆孔管127。
[0243]參見圖63，其為在以I英尺/秒鉆孔期間在t = 21秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。上部管柱塞132在新管架128周圍關(guān)閉，且流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)引導(dǎo)流體通過頂部驅(qū)動(dòng)器114，從而填充架和泥漿斗130。一旦泥漿斗130加壓，全封閉柱塞便打開(因此在圖63中不可見)，從而接合泥漿斗130的上部部分124’和下部部分124’ ’。圖62中也展示第一絞車110、第二絞車111、安裝在框架120上的包含LTW121、UTW122、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123的TDR112、泥漿斗130的下部管柱塞133、第三絞車113、保護(hù)接頭114a、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119，以及鉆孔管127。
[0244]參見圖64，其為在以I英尺/秒鉆孔期間在t = 25秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。上部轉(zhuǎn)矩扳手122接合在新管架128上。頂部驅(qū)動(dòng)器浮動(dòng)機(jī)構(gòu)(未圖示)隨后施加插入力且頂部驅(qū)動(dòng)器114增加速度以構(gòu)成新架128與鉆孔管127之間的接頭。圖64中也展示第一絞車110、第二絞車111、安裝在框架120上的包含LTW121、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123的TDR112、包含上部部分124’、下部部分124’ ’、上部管柱塞132和下部管柱塞133的泥漿斗130、第三絞車113、保護(hù)接頭114a、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a，以及井架118的鉆臺119。
[0245]參見圖65，其為在以I英尺/秒鉆孔期間在t = 26秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。上部轉(zhuǎn)矩扳手122和下部轉(zhuǎn)矩扳手121脫離，將鉆孔管127的重量傳遞到頂部驅(qū)動(dòng)器114。鉆孔流體從泥漿斗130真空排出，且泥漿斗130的上部管柱塞(因此在圖65中不可見)和下部管柱塞(因此在圖65中不可見)打開。TDR112現(xiàn)在從鉆孔管127完全脫離。圖65中也展示第一絞車110、第二絞車111、框架120、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123、泥漿斗130的上部部分124’和下部部分124’ ’、第三絞車113、保護(hù)接頭114a、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a，以及井架118的鉆臺 119。
[0246]參見圖66，其為在以I英尺/秒鉆孔期間在t = 56秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。在頂部驅(qū)動(dòng)器114向下實(shí)行鉆孔的同時(shí)，TDR112提升到準(zhǔn)備好從頂部驅(qū)動(dòng)器114取回鉆孔管127的位置。一旦保護(hù)接頭114a接頭開始進(jìn)入TDR112，TDRl 12便向下加速以與頂部驅(qū)動(dòng)器114匹配運(yùn)動(dòng)。圖65中也展示第一絞車110、第二絞車111、框架120、LTW121、UTW122、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123、包含上部部分124’和下部部分124’ ’的泥漿斗130、第三絞車113、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119、新管架128，以及鉆孔管127。
[0247]參見圖67，其為在以I英尺/秒鉆孔期間在t = 56秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。上部轉(zhuǎn)矩扳手122和下部轉(zhuǎn)矩扳手121在保護(hù)接頭114a接頭上方和下方接合，且泥漿斗130的上部管柱塞132和下部管柱塞133關(guān)閉。應(yīng)注意，兩個(gè)扳手在整個(gè)鉆孔循環(huán)中旋轉(zhuǎn)以避免損壞管。圖66中也展示第一絞車110、第二絞車111、安裝在框架120上的包含浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123的TDR112、泥漿斗130的上部部分124’和下部部分124’ ’、第三絞車113、頂部驅(qū)動(dòng)器114、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119、新管架128，以及鉆孔管127。
[0248]參見圖68，其為在以I英尺/秒鉆孔期間在t = 57秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(未圖示)將流體引導(dǎo)到泥漿斗130的下部部分124’ ’中。在上部轉(zhuǎn)矩扳手122和下部轉(zhuǎn)矩扳手121卸開接頭時(shí)，頂部驅(qū)動(dòng)器114和上部轉(zhuǎn)矩扳手122浮動(dòng)機(jī)構(gòu)將分隔力施加于接頭。圖68中也展示第一絞車110、第二絞車111、安裝在框架120上的TDR112、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123、泥漿斗130的上部部分124’、上部管柱塞132和下部管柱塞133、第三絞車113、保護(hù)接頭114a、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119、新管架128，以及鉆孔管127。
[0249]參見圖69，其為在以I英尺/秒鉆孔期間在t = 60秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。上部轉(zhuǎn)矩扳手122脫離。TDR112現(xiàn)在運(yùn)載鉆孔管127的重量。全封閉柱塞131關(guān)閉，且泥漿從泥漿斗130的上部部分124’和保護(hù)接頭114a真空排出。圖69中也展示第一絞車110、第二絞車111、框架120、LTW121、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123、泥漿斗130的下部部分124’ ’、上部管柱塞132和下部管柱塞133、第三絞車113、頂部驅(qū)動(dòng)器114、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119，以及新管架128。
[0250]參見圖70，其為在以I英尺/秒鉆孔期間在t = 63秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。泥漿斗130的上部管柱塞打開(因此在圖70中不可見)。頂部驅(qū)動(dòng)器114現(xiàn)在從鉆孔管127和TDR112完全脫離。圖70中也展示第一絞車110、第二絞車
111、框架120、LTW121、UTW122、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123、包含上部部分124’、下部部分124’’、全封閉柱塞131和下部管柱塞133的泥漿斗130、第三絞車113、保護(hù)接頭114a、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119，以及新管架128。
[0251]參見圖71，其為在以I英尺/秒鉆孔期間在t = 91秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。頂部驅(qū)動(dòng)器114起重機(jī)提升回到最高位置以準(zhǔn)備好下一循環(huán)，同時(shí)TDR112繼續(xù)向下鉆孔。一旦TDR112起重機(jī)已到達(dá)正確位置，循環(huán)便再次開始。循環(huán)已花費(fèi)100秒且將一個(gè)管架饋送到孔中。圖71中也展示第一絞車110、第二絞車111、包含LTW121、UTW122、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123的框架120、包含上部部分124’、下部部分124’ ’、全封閉柱塞131和下部管柱塞133的泥漿斗130、第三絞車113、頂部驅(qū)動(dòng)器114、保護(hù)接頭114a、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119、新管架128，以及鉆孔管127。
[0252]以I英尺/秒后擴(kuò)孔
[0253]圖72到圖83提供當(dāng)前揭示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的“快照”，此時(shí)其完成以I英尺/秒后擴(kuò)孔的一個(gè)循環(huán)。圖72為在以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間在t = O秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖?？紤]后擴(kuò)孔序列在頂部驅(qū)動(dòng)器114恰準(zhǔn)備好從TDR112接收鉆孔管127的情況下開始。保護(hù)接頭114a的末端已恰好進(jìn)入泥漿斗130的上部部分124’。泥漿斗130的全封閉柱塞131和下部管柱塞133關(guān)閉，且流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(未圖示)已通過泥漿斗130的下部部分124’’將鉆孔流體引導(dǎo)到管127中。機(jī)架臂115抓持器是空的，且等待在需要時(shí)從頂部驅(qū)動(dòng)器114移除用過的架129。TDRl 12正在升高鉆孔管127。頂部驅(qū)動(dòng)器114正在以與鉆孔管127相同的速度旋轉(zhuǎn)保護(hù)接頭114a，且其垂直速率匹配于TDR112的垂直速率。圖72中也展示第一絞車110、第二絞車111、包含LTW121、UTW122、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123的框架120、第三絞車113、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a，以及井架118的鉆臺119。
[0254]現(xiàn)在參見圖73，其為在以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間在t = 4秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。泥漿斗130的上部管柱塞132在保護(hù)接頭114a周圍關(guān)閉。流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(未圖示)開始將鉆孔流體引導(dǎo)通過頂部驅(qū)動(dòng)器114和保護(hù)接頭114a，填充泥漿斗130。一旦泥漿斗130加壓，全封閉柱塞便打開(因此在圖73中不可見)，從而接合泥漿斗130的上部部分124’和下部部分124’ ’。圖73中也展示第一絞車110、第二絞車111、安裝在框架120上的包含LTW121、UTW122、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123的TDR112、泥漿斗130的下部管柱塞133、第三絞車113、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119，以及鉆孔管127。
[0255]現(xiàn)在參見圖74，其為在以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間在t = 8秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。上部轉(zhuǎn)矩扳手122與保護(hù)接頭114a接合。頂部驅(qū)動(dòng)器114和上部轉(zhuǎn)矩扳手122浮動(dòng)機(jī)構(gòu)施加插入力，且上部轉(zhuǎn)矩扳手122構(gòu)成保護(hù)接頭114a接頭。圖74中也展示第一絞車110、第二絞車111、安裝在框架120上的包含LTW121、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123的TDR112、包含上部部分124’、下部部分124’ ’、上部管柱塞132和下部管柱塞133的泥漿斗130、第三絞車113、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119，以及鉆孔管127。
[0256]現(xiàn)在參見圖75，其為在以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間在t = 9秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。上部轉(zhuǎn)矩扳手122和下部轉(zhuǎn)矩扳手121脫離，且頂部驅(qū)動(dòng)器114取得鉆孔管127的重量。鉆孔流體從泥漿斗130真空排出，且上部管柱塞和下部管柱塞打開(因此在圖75中不可見)。在此點(diǎn)，TDRl 12完全脫離。圖75中也展示第一絞車110、第二絞車111、包含浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123的框架120、泥漿斗130的上部部分124’和下部部分124’’、第三絞車113、保護(hù)接頭114a、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a，以及井架118的鉆臺119。
[0257]現(xiàn)在參見圖76，其為在以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間在t = 35秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。在頂部驅(qū)動(dòng)器114起重機(jī)繼續(xù)從孔拉動(dòng)鉆孔管127的同時(shí)TDR112移動(dòng)到其最低位置。圖76中也展示第一絞車110、第二絞車111、包含LTW121、UTW122、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123的框架120、包含上部部分124’和下部部分124’ ’的泥漿斗130、第三絞車113、保護(hù)接頭114a、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a，以及井架118的鉆臺119。
[0258]現(xiàn)在參見圖77，其為在以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間在t = 38秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。系統(tǒng)等待直到待移除的下一已使用架的底部接頭開始進(jìn)入TDRl 12為止。TDR112隨后與頂部驅(qū)動(dòng)器114匹配垂直速率。圖77中也展示第一絞車110、第二絞車111、包含LTW121、UTW122、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123的框架120、包含上部部分124’和下部部分124’’的泥漿斗130、第三絞車113、保護(hù)接頭114a、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119，以及鉆孔管127。
[0259]現(xiàn)在參見圖78，其為在以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間在t = 39秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。泥漿斗130的上部管柱塞132和下部管柱塞133關(guān)閉，且上部轉(zhuǎn)矩扳手122和下部轉(zhuǎn)矩扳手121在接頭的任一側(cè)與管127接合。圖78中也展示第一絞車110、第二絞車111、安裝在框架120上的包含浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123的TDR112、包含上部部分124’和下部部分124’ ’的泥漿斗130、第三絞車113、頂部驅(qū)動(dòng)器114、保護(hù)接頭114a、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a，以及井架118的鉆臺119。
[0260]現(xiàn)在參見圖79，其為在以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間在t = 40秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。頂部驅(qū)動(dòng)器114和上部轉(zhuǎn)矩扳手浮動(dòng)機(jī)構(gòu)施加分隔力，且上部轉(zhuǎn)矩扳手122卸開接頭。流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(未圖示)將鉆孔流體引導(dǎo)到泥漿斗130中。圖79中也展示第一絞車110、第二絞車111、安裝在框架120上的包含LTW121、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123的TDR112、泥漿斗130的上部部分124’、下部部分124’ ’、上部管柱塞132和下部管柱塞133、第三絞車113、保護(hù)接頭114a、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119、用過的管架129，以及鉆孔管127。
[0261]現(xiàn)在參見圖80，其為在以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間在t = 43秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。上部轉(zhuǎn)矩扳手122脫離，且泥漿斗130的全封閉柱塞131關(guān)閉。流體從泥漿斗130的上部部分124’和保護(hù)接頭114a真空排出。一旦清除流體，上部管柱塞便打開(因此在圖80中不可見)。圖80中也展示第一絞車110、第二絞車111、安裝在框架120上的包含LTW121、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123的TDR112、泥漿斗130的下部部分124’ ’和下部管柱塞133、第三絞車113、頂部驅(qū)動(dòng)器114、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119、用過的管架129，以及鉆孔管 127。
[0262]現(xiàn)在參見圖81，其為在以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間在t = 58秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。頂部驅(qū)動(dòng)器114向上加速以使得用過的架129的下端離開TDR112的頂部。頂部驅(qū)動(dòng)器114隨后維持TDR112上方的此距離。同時(shí)，頂部驅(qū)動(dòng)器114停止旋轉(zhuǎn)，且TDR112繼續(xù)從孔拉動(dòng)管127。一旦頂部驅(qū)動(dòng)器114已停止旋轉(zhuǎn)，機(jī)架臂115便移入且抓持用過的架129。圖81中也展示第一絞車110、第二絞車111、框架120、LTff 12KUTW122、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123、包含上部部分124’、下部部分124’ ’、全封閉柱塞131和下部管柱塞133的泥漿斗130、第三絞車113、保護(hù)接頭114a、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a，以及井架118的鉆臺119。
[0263]現(xiàn)在參見圖82，其為在以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間在t = 64秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。頂部驅(qū)動(dòng)器114浮動(dòng)機(jī)構(gòu)施加分隔力，且頂部驅(qū)動(dòng)器114卸開保護(hù)接頭114a接頭。機(jī)架臂115撤回用過的架129且隨后開始將用過的架129返回到準(zhǔn)備好下一循環(huán)的管架(未圖示)的過程。圖82中也展示第一絞車110、第二絞車111、安裝在框架120上的包含LTW121、UTW122、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123的TDR112、包含上部部分124’、下部部分124’ ’、全封閉柱塞131和下部管柱塞133的泥漿斗130、第三絞車113、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119，以及鉆孔管
127。
[0264]現(xiàn)在參見圖83，其為在以I英尺/秒后擴(kuò)孔期間在t = 100秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。頂部驅(qū)動(dòng)器114向下降低回到準(zhǔn)備好下一循環(huán)的開始位置。一旦保護(hù)接頭114a接頭進(jìn)入泥漿斗130，頂部驅(qū)動(dòng)器114便與TDR112匹配垂直速率，且以與鉆孔管127相同的速度開始旋轉(zhuǎn)。頂部驅(qū)動(dòng)器114與TDR112匹配垂直速率，使得保護(hù)接頭114a接頭停留在泥漿斗130的上部部分124’中。同時(shí)，頂部驅(qū)動(dòng)器114以與鉆孔管127相同的速度開始旋轉(zhuǎn)。循環(huán)現(xiàn)在重復(fù)，已花費(fèi)100秒來從孔移除一個(gè)用過的管架129。圖83中也展示第一絞車110、第二絞車111、框架120、LTff 12K UTW122、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123、泥漿斗130的下部部分124’ ’、全封閉柱塞131和下部管柱塞133、第三絞車113、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a，以及井架118的鉆臺119。
[0265]以3英尺/秒起鉆
[0266]圖84到圖93提供當(dāng)前揭示的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的“快照”，此時(shí)其完成以3英尺/秒起鉆的一個(gè)循環(huán)。圖84為在以3英尺/秒起鉆期間在t = O秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的示意性表示。如同后擴(kuò)孔，考慮起鉆序列在頂部驅(qū)動(dòng)器114恰準(zhǔn)備好從TDRl 12接收鉆孔管127的情況下開始。保護(hù)接頭114a的末端已恰好進(jìn)入泥漿斗130的上部部分124’。機(jī)架臂115抓持器是空的，且等待在需要時(shí)從頂部驅(qū)動(dòng)器114移除用過的架。TDR112正在升高鉆孔管127。頂部驅(qū)動(dòng)器114的垂直速率匹配于TDR112的垂直速率。圖84中也展示第一絞車110、第二絞車111、120、LTff 12K UTW122、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123、泥漿斗130的下部部分124’ ’、第三絞車113、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a，以及井架118的鉆臺119。
[0267]現(xiàn)在參見圖85，其為在以3英尺/秒起鉆期間在t = 2秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的示意性表示。上部轉(zhuǎn)矩扳手122與保護(hù)接頭114a接合。頂部驅(qū)動(dòng)器114和上部轉(zhuǎn)矩扳手122浮動(dòng)機(jī)構(gòu)施加插入力，且上部轉(zhuǎn)矩扳手122構(gòu)成保護(hù)接頭114a接頭。圖85中也展示第一絞車110、第二絞車111、安裝在框架120上的包含LTW121、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123的TDR112、包含上部部分124’和下部部分124’ ’的泥漿斗130、第三絞車113、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119，以及鉆孔管127。
[0268]現(xiàn)在參見圖86，其為在以3英尺/秒起鉆期間在t = 3秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的示意性表示。上部轉(zhuǎn)矩扳手122和下部轉(zhuǎn)矩扳手121脫離，且頂部驅(qū)動(dòng)器114取得鉆孔管127的重量。在此點(diǎn)，TDR112完全脫離。圖86中也展示第一絞車110、第二絞車111、框架120、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123、包含上部部分124’和下部部分124’ ’的泥漿斗130、第三絞車113、保護(hù)接頭114a、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a，以及井架118的鉆臺119。
[0269]現(xiàn)在參見圖87，其為在以3英尺/秒起鉆期間在t = 11秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的示意性表示。在頂部驅(qū)動(dòng)器114起重機(jī)繼續(xù)從孔拉動(dòng)鉆孔管127的同時(shí)TDRl 12移動(dòng)到其最低位置。圖87中也展示第一絞車110、第二絞車111、框架120、LTff 12K UTW122、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123、包含上部部分124’和下部部分124’ ’的泥漿斗130、第三絞車113、保護(hù)接頭114a、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a，以及井架118的鉆臺119。
[0270]現(xiàn)在參見圖88，其為在以3英尺/秒起鉆期間在t = 13秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的示意性表示。系統(tǒng)等待直到待移除的下一已使用架的底部接頭開始進(jìn)入TDR112為止。TDR112隨后與頂部驅(qū)動(dòng)器114匹配垂直速率。圖88中也展示第一絞車110、第二絞車111、包含LTW121、UTW122、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123的框架120、包含上部部分124’和下部部分124’ ’的泥漿斗130、第三絞車113、保護(hù)接頭114a、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119，以及鉆孔管127。
[0271]現(xiàn)在參見圖89，其為在以3英尺/秒起鉆期間在t = 14秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的示意性表示。上部轉(zhuǎn)矩扳手122和下部轉(zhuǎn)矩扳手121在接頭的任一側(cè)與管127接合。頂部驅(qū)動(dòng)器114和上部轉(zhuǎn)矩扳手122浮動(dòng)機(jī)構(gòu)施加分隔力，且上部轉(zhuǎn)矩扳手122卸開接頭。圖89中也展示第一絞車110、第二絞車111、安裝在框架120上的包含浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123的TDR112、包含上部部分124’和下部部分124’ ’的泥漿斗130、第三絞車113、保護(hù)接頭114a、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119，以及用過的管架129。
[0272]現(xiàn)在參見圖90，其為在以3英尺/秒起鉆期間在t = 16秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的示意性表示。上部轉(zhuǎn)矩扳手122脫離。TDR112現(xiàn)在支撐鉆孔管127的重量。圖90中也展示第一絞車110、第二絞車111、框架120、LTW121、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123、包含上部部分124’和下部部分124’ ’的泥漿斗130、第三絞車113、頂部驅(qū)動(dòng)器114、保護(hù)接頭114a、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119，以及用過的管架128。
[0273]現(xiàn)在參見圖91，其為在以3英尺/秒起鉆期間在t = 21秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的示意性表示。頂部驅(qū)動(dòng)器114向上加速以使得用過的架129的下端離開TDR112的頂部。頂部驅(qū)動(dòng)器114隨后維持TDR112上方的此距離。機(jī)架臂115移入且抓持用過的架129。圖91中也展示第一絞車110、第二絞車111、框架120、LTW121、UTW122、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123、包含上部部分124’和下部部分124’ ’的泥漿斗130、第三絞車113、保護(hù)接頭114a、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119，以及鉆孔管127。
[0274]現(xiàn)在參見圖92，其為在以3英尺/秒起鉆期間在t = 25秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的示意性表示。頂部驅(qū)動(dòng)器114浮動(dòng)機(jī)構(gòu)施加分隔力，且頂部驅(qū)動(dòng)器114卸開保護(hù)接頭114a接頭。機(jī)架臂115撤回用過的架129且隨后開始將用過的架129返回到準(zhǔn)備好下一循環(huán)的管架(未圖示)的過程。圖92中也展示第一絞車110、第二絞車111、安裝在框架120上的包含LTW121、UTW122、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123的TDR112、包含上部部分124’和下部部分124’ ’的泥漿斗130、第三絞車113、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a、井架118的鉆臺119，以及鉆孔管127。
[0275]現(xiàn)在參見圖93，其為在以3英尺/秒起鉆期間在t = 34秒處鉆孔和起下鉆系統(tǒng)100的示意性表示。頂部驅(qū)動(dòng)器114向下降低回到準(zhǔn)備好下一循環(huán)的開始位置。一旦保護(hù)接頭114a接頭進(jìn)入泥漿斗130，頂部驅(qū)動(dòng)器114便與TDR112匹配垂直速率，使得保護(hù)接頭114a接頭停留在泥漿斗130的上部腔室124’中。同時(shí)，頂部驅(qū)動(dòng)器114以與鉆孔管127相同的速度開始旋轉(zhuǎn)。循環(huán)現(xiàn)在重復(fù)，已花費(fèi)34秒來從孔移除一個(gè)用過的管架129。圖93中也展示第一絞車110、第二絞車111、包含LTW121、UTW122、浮動(dòng)機(jī)構(gòu)123的框架120、泥漿斗130的下部部分124’ ’、第三絞車113、機(jī)架臂115、具有天車117a、117b和117c的天車升沉補(bǔ)償器117、井架118、導(dǎo)軌118a，以及井架118的鉆臺119。
[0276]工M
[0277]下鉆序列與鉆孔序列相同，不同的是未泵送泥漿且鉆柱不旋轉(zhuǎn)。這意味著泥漿斗的上部管柱塞、全封閉柱塞和下部管柱塞一直保持打開。以下序列描述基本上與鉆孔序列相同，但泥漿斗和旋轉(zhuǎn)操作移除?？紤]下鉆序列在頂部驅(qū)動(dòng)器處于“加載”位置且TDR的下部轉(zhuǎn)矩扳手支撐鉆柱的重量的情況下開始。機(jī)架臂固持新的管且處于準(zhǔn)備好接近頂部驅(qū)動(dòng)器的位置。TDR起重機(jī)以所需的下鉆速率降低鉆柱。頂部驅(qū)動(dòng)器浮動(dòng)機(jī)構(gòu)縮回，且上部轉(zhuǎn)矩扳手浮動(dòng)機(jī)構(gòu)延伸。
[0278]下鉆序列如下進(jìn)行。機(jī)架臂在保護(hù)接頭下方移動(dòng)新管架的頂部接頭。頂部驅(qū)動(dòng)器浮動(dòng)機(jī)構(gòu)施加插入力且頂部驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成保護(hù)接頭與架之間的接頭。機(jī)架臂撤回到安全距離且隨后開始從機(jī)架獲取管架且使其返回到準(zhǔn)備好下一循環(huán)的開始位置的新循環(huán)。頂部驅(qū)動(dòng)器起重機(jī)向下加速以追上TDR。同時(shí)，頂部驅(qū)動(dòng)器浮動(dòng)機(jī)構(gòu)縮回。此繼續(xù)直到新管架的底部接頭插入到泥漿斗的上部部分中為止。在此點(diǎn)，頂部驅(qū)動(dòng)器起重機(jī)匹配TDR的運(yùn)動(dòng)。上部轉(zhuǎn)矩扳手接合在管上。頂部驅(qū)動(dòng)器浮動(dòng)機(jī)構(gòu)施加插入力且頂部驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成架與鉆柱之間的接頭。上部和下部轉(zhuǎn)矩扳手脫離。在此點(diǎn)，頂部驅(qū)動(dòng)器運(yùn)載鉆柱。
[0279]TDR起重機(jī)提升TDR到準(zhǔn)備好斷開保護(hù)接頭的斷開位置，同時(shí)頂部驅(qū)動(dòng)器繼續(xù)向下鉆孔。系統(tǒng)等待直到保護(hù)副接頭開始進(jìn)入TDR為止。TDR起重機(jī)對頂部驅(qū)動(dòng)器起重機(jī)匹配運(yùn)動(dòng)，使得保護(hù)副接頭位于泥漿斗的下部部分中。上部和下部轉(zhuǎn)矩扳手與管接合。在上部轉(zhuǎn)矩扳手和下部轉(zhuǎn)矩扳手卸開接頭時(shí)，頂部驅(qū)動(dòng)器和上部轉(zhuǎn)矩扳手浮動(dòng)機(jī)構(gòu)將分隔力施加于接頭。上部轉(zhuǎn)矩扳手脫離。頂部驅(qū)動(dòng)器起重機(jī)升高頂部驅(qū)動(dòng)器直到準(zhǔn)備好下一循環(huán)的加載位置，同時(shí)TDR起重機(jī)繼續(xù)以所需下鉆速率下降。一旦TDR起重機(jī)已到達(dá)連接位置，循環(huán)便將再次開始。
[0280]序列控制系統(tǒng)
[0281]上文描述的序列相對復(fù)雜，在鉆孔系統(tǒng)的各種子系統(tǒng)之間具有許多潛在交互。為了模擬且最終控制鉆孔/擴(kuò)孔/起下鉆操作，首先界定構(gòu)造的狀態(tài)機(jī)的行為是有用的。
[0282]并非產(chǎn)生控制鉆孔系統(tǒng)的所有操作的一個(gè)大狀態(tài)機(jī)，而是明智的將系統(tǒng)劃分為若干子系統(tǒng)。以下部分首先描述用以控制機(jī)架系統(tǒng)、起重機(jī)、頂部驅(qū)動(dòng)器和TDR的狀態(tài)機(jī)。剩余部分描述用以在鉆孔、后擴(kuò)孔、下鉆和起鉆操作中對子系統(tǒng)進(jìn)行定序的狀態(tài)機(jī)。
[0283]起重機(jī)定序
[0284]頂部驅(qū)動(dòng)器和TDR起重機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行三個(gè)任務(wù)，即移動(dòng)到固定位置(例如，加載/卸載位置)、以恒定操作速率(例如，鉆孔速率)向上或向下移動(dòng)，和對另一起重機(jī)匹配運(yùn)動(dòng)(例如，頂部驅(qū)動(dòng)器對TDR匹配運(yùn)動(dòng)以將保護(hù)接頭插入到泥漿斗中)。移動(dòng)大量的頂部驅(qū)動(dòng)器、TDR和鉆柱需要平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。這是通過不將突然的速度改變要求發(fā)送到絞車驅(qū)動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)。確保運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的平穩(wěn)速率的最簡單方式之一是使用梯形速率分布。將到固定目標(biāo)位置的運(yùn)動(dòng)劃分為三個(gè)階段。在第一階段中，速率以恒定加速速率增加，直到速率實(shí)現(xiàn)最大可允許值。在第二階段中，運(yùn)動(dòng)以此速率繼續(xù)。在最終階段中，速率以恒定減速速率減小，直到速率達(dá)到零且到達(dá)目標(biāo)位置的同一時(shí)刻。對于小的移動(dòng)，將不會到達(dá)最大速率，第二階段消失，且速率分布變?yōu)槿切巍?br> [0285]以操作速率移動(dòng)可需要初始加速或減速階段，以便平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)速率。對起重機(jī)系統(tǒng)發(fā)出目標(biāo)速率A，導(dǎo)致加速階段。之后的某個(gè)時(shí)間，對起重機(jī)系統(tǒng)發(fā)出較低目標(biāo)速率B。這需要減速周期，以便達(dá)到所需速率。
[0286]將起重機(jī)的運(yùn)動(dòng)匹配于移動(dòng)目標(biāo)通常需要高速運(yùn)動(dòng)周期以追上目標(biāo)，之后是減速周期以匹配速率。舉例來說，為了允許頂部驅(qū)動(dòng)器在連接新管架之前追上TDR且與TDR匹配速率，初始地起重機(jī)加速直到最大可允許速率以便追上目標(biāo)。隨后，在適當(dāng)時(shí)間，起重機(jī)減速以使得在到達(dá)目標(biāo)位置的同一時(shí)刻到達(dá)目標(biāo)速率。
[0287]起重機(jī)狀態(tài)機(jī)序列任意地開始，其中起重機(jī)等待于目標(biāo)位置(例如，加載位置)。如果狀態(tài)機(jī)接收到“開始操作”信號，那么其加速直到操作速率且保持在所述速率?；蛘?，如果狀態(tài)機(jī)接收到“匹配運(yùn)動(dòng)”信號，那么其加速以追上目標(biāo)且隨后減速以匹配速率。一旦運(yùn)動(dòng)匹配或處于操作速率，狀態(tài)機(jī)便可響應(yīng)于“移動(dòng)到目標(biāo)位置”信號。梯形分布可用以提供平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。
[0288]如本文詳細(xì)描述，存在起重機(jī)的若干重要位置目標(biāo)。對于頂部驅(qū)動(dòng)器，井架的頂部處的“加載”位置是重要的，因?yàn)檫@是新管架附接到保護(hù)接頭或舊管架移除的地方。在后擴(kuò)孔和起鉆序列期間還使用下部“接收”位置。這是頂部驅(qū)動(dòng)器等待TDR以使得其可接管驅(qū)動(dòng)鉆柱的作用的位置。對于TDR起重機(jī)，“連接”位置是在鉆孔和下鉆操作期間頂部驅(qū)動(dòng)器需要開始附接保護(hù)接頭的地方?！皵嚅_”位置位于TDR的行程的頂部處。這是其在鉆孔或下鉆操作期間等待斷開保護(hù)接頭的地方。最終，還存在“拾取”位置，TDR在此在后擴(kuò)孔或起鉆操作期間等待從鉆柱斷開架。
[0289]機(jī)架臂定序
[0290]機(jī)架臂的作用是在機(jī)架與頂部驅(qū)動(dòng)器保護(hù)接頭之間移動(dòng)管架。對機(jī)架臂系統(tǒng)存在兩個(gè)重要位置。第一位置是在機(jī)架處且是抓持器需要從機(jī)架取得新架或?qū)⒓艽鎯貦C(jī)架中的地方。第二位置是“就緒”位置。這是朝向井架的頂部，其中臂撤出頂部驅(qū)動(dòng)器的路徑。在加載架之前機(jī)架臂在此等待。
[0291]機(jī)架臂狀態(tài)機(jī)序列以機(jī)架臂處于機(jī)架位置開始，其中抓持器為空(即，不固持架)。從此可開始加載或卸載循環(huán)。如果狀態(tài)機(jī)接收到“準(zhǔn)備加載”信號，那么臂抓持機(jī)架中的架，將其運(yùn)載到就緒位置且隨后等待“加載”信號。當(dāng)接收到時(shí)，機(jī)架臂對頂部驅(qū)動(dòng)器匹配運(yùn)動(dòng)(其將通常正在以下鉆或鉆孔速率向下移動(dòng))。機(jī)架臂隨后以架接近頂部驅(qū)動(dòng)器，且使其恰好對準(zhǔn)于保護(hù)接頭下方。在接收到“釋放”信號時(shí)，機(jī)架臂放開架，撤回且移動(dòng)回到機(jī)架。如果狀態(tài)機(jī)接收到“準(zhǔn)備卸載”信號，那么臂空手的移動(dòng)以對頂部驅(qū)動(dòng)器匹配運(yùn)動(dòng)(通常頂部驅(qū)動(dòng)器將正在以起鉆或擴(kuò)孔速率向上移動(dòng))且臂撤回。在接收到“抓持”信號后，機(jī)架臂將接近頂部驅(qū)動(dòng)器且抓持連接到保護(hù)接頭的架。在接收到“卸載”信號后，機(jī)架臂將撤回架，移動(dòng)回到機(jī)架，且將架放置于機(jī)架中。
[0292]頂部驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)定序
[0293]為了定序，頂部驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)包括頂部驅(qū)動(dòng)器馬達(dá)和保護(hù)接頭組合件，以及頂部驅(qū)動(dòng)器浮動(dòng)機(jī)構(gòu)。頂部驅(qū)動(dòng)器馬達(dá)的作用是在鉆孔和后擴(kuò)孔操作期間驅(qū)動(dòng)鉆柱，以及構(gòu)成和卸開管接頭。這些接頭可在保護(hù)接頭與鉆架之間或鉆柱中的兩個(gè)架之間。構(gòu)成或卸開接頭可由頂部驅(qū)動(dòng)器單獨(dú)執(zhí)行，例如當(dāng)在保護(hù)接頭與由機(jī)架臂固持的架之間構(gòu)成接頭時(shí)。在此情況下，頂部驅(qū)動(dòng)器必須提供加轉(zhuǎn)矩或卸開接頭所必要的轉(zhuǎn)矩。頂部驅(qū)動(dòng)器還可與TDR串聯(lián)工作以構(gòu)成或卸開接頭。此處，TDR的上部轉(zhuǎn)矩扳手提供轉(zhuǎn)矩，其中頂部驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)從屬于上部轉(zhuǎn)矩扳手。由于頂部驅(qū)動(dòng)器的慣性較高，且鉆柱的慣性甚至更高，因此頂部驅(qū)動(dòng)器馬達(dá)加速直到適當(dāng)速度和減速到停置需時(shí)。浮動(dòng)機(jī)構(gòu)的目的是在構(gòu)成或卸開期間將指定向下或向上力施加于管接頭的一個(gè)部分，且還在卸開操作期間將管架的末端縮回到泥漿斗的上部部分中。
[0294]頂部驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)機(jī)序列在頂部驅(qū)動(dòng)器保護(hù)接頭斷開且無旋轉(zhuǎn)的情況下開始。頂部驅(qū)動(dòng)器浮動(dòng)機(jī)構(gòu)縮回。存在兩組轉(zhuǎn)變:一組表示在鉆孔或下鉆操作期間遵循的序列；且另一組表示在后擴(kuò)孔或起鉆操作期間遵循的序列。
[0295]首先考慮鉆孔操作轉(zhuǎn)變。當(dāng)狀態(tài)機(jī)接收到“構(gòu)成保護(hù)接頭”信號時(shí)，浮動(dòng)機(jī)構(gòu)施加插入力，且頂部驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)以旋入且對接頭加轉(zhuǎn)矩。在接收到“開始旋轉(zhuǎn)”信號時(shí)，頂部驅(qū)動(dòng)器開始加速直到操作速度且浮動(dòng)機(jī)構(gòu)縮回。頂部驅(qū)動(dòng)器現(xiàn)在連接到鉆架(但不是鉆柱)且旋轉(zhuǎn)。頂部驅(qū)動(dòng)器隨后等待“允許架構(gòu)成”信號。當(dāng)接收到時(shí)，對頂部驅(qū)動(dòng)器的速度要求從屬于TDR上部轉(zhuǎn)矩扳手的運(yùn)動(dòng)，且使用浮動(dòng)機(jī)構(gòu)施加插入力。還接通到頂部驅(qū)動(dòng)器的泥漿流。頂部驅(qū)動(dòng)器現(xiàn)在準(zhǔn)備好輔助TDR構(gòu)成鉆架與鉆柱之間的接頭。在接收到指示TDR已完成構(gòu)成過程的“架構(gòu)成”信號時(shí)，頂部驅(qū)動(dòng)器再繼續(xù)以所需操作速度旋轉(zhuǎn)。
[0296]在接收到指示是時(shí)候斷開保護(hù)接頭且將鉆柱傳遞到TDR的“允許保護(hù)接頭卸開”信號時(shí)，對頂部驅(qū)動(dòng)器的速度要求再次從屬于上部轉(zhuǎn)矩扳手的運(yùn)動(dòng)。浮動(dòng)機(jī)構(gòu)用以將分隔力施加于接頭。頂部驅(qū)動(dòng)器現(xiàn)在準(zhǔn)備好輔助TDR卸開保護(hù)接頭與鉆柱之間的接頭。在接收至IJ “保護(hù)接頭卸開”信號時(shí)，浮動(dòng)機(jī)構(gòu)完全縮回且泥漿到頂部驅(qū)動(dòng)器的流動(dòng)斷開。最終，在接收到“停止旋轉(zhuǎn)”信號時(shí)，頂部驅(qū)動(dòng)器減速到停置，使頂部驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)回到初始狀態(tài)。
[0297]后擴(kuò)孔操作轉(zhuǎn)變基本上是與針對鉆孔操作轉(zhuǎn)變詳細(xì)描述的序列相同的序列，但是顛倒序列的。在下鉆和起鉆操作期間不需要旋轉(zhuǎn)和泥漿流。然而，可使用相同的狀態(tài)機(jī)。此處，不發(fā)出打開泥漿閥命令，且將操作速度設(shè)定為零。因此，需要加速或減速的那些轉(zhuǎn)變瞬時(shí)地發(fā)生。
[0298]TDR 定序
[0299]TDR包含需要定序的若干組件，包含上部和下部轉(zhuǎn)矩扳手、泥漿斗的上部管柱塞、全封閉柱塞和下部管柱塞，以及泥漿閥和真空處理系統(tǒng)。下部轉(zhuǎn)矩扳手支撐鉆柱的重量且提供鉆孔和擴(kuò)孔轉(zhuǎn)矩。上部轉(zhuǎn)矩扳手用以收緊和放松管接頭。兩個(gè)轉(zhuǎn)矩扳手均花時(shí)間來與管接合和從管脫離。泥漿斗的上部管柱塞、全封閉柱塞和下部管柱塞在泥漿斗的上部部分或下部部分中容納泥漿。這些柱塞花時(shí)間來打開和關(guān)閉。泥漿真空處理系統(tǒng)用以從泥漿斗和保護(hù)接頭移除泥漿。TDR必須執(zhí)行在兩個(gè)基本狀態(tài)之間切換的兩個(gè)序列:完全脫離且打開(對穿過TDR的鉆柱沒有阻擋)以及與鉆柱接合且驅(qū)動(dòng)鉆柱(泥漿斗的上部部分為空)。
[0300]圖94展示對包含上部和下部轉(zhuǎn)矩扳手和泥漿斗的TDR的操作進(jìn)行定序的狀態(tài)機(jī)。以實(shí)線展示的轉(zhuǎn)變是在需要泥漿循環(huán)的鉆孔和后擴(kuò)孔操作期間使用。以虛線展示的轉(zhuǎn)變是在下鉆和起鉆操作期間使用。首先考慮對于鉆孔和后擴(kuò)孔操作所需的序列。開始點(diǎn)可見TDR與鉆柱接合且驅(qū)動(dòng)鉆柱。下部轉(zhuǎn)矩扳手支撐鉆柱的重量且以所需操作速度旋轉(zhuǎn)。上部轉(zhuǎn)矩扳手脫離，但仍以操作速度旋轉(zhuǎn)。泥漿斗的上部管柱塞打開，且泥漿斗的上部部分沒有泥漿。泥漿斗的全封閉柱塞和下部管柱塞關(guān)閉，且泥漿斗的下部部分充滿泥漿，其中到下部端口的泥漿流接通。
[0301]當(dāng)接收到“準(zhǔn)備好構(gòu)成接頭”信號時(shí)，泥漿斗的上部管柱塞關(guān)閉，從而密封泥漿斗的上部部分。全封閉柱塞隨后打開，且上部轉(zhuǎn)矩扳手與管接合。在接收到“構(gòu)成接頭”信號時(shí)，浮動(dòng)機(jī)構(gòu)將插入力施加于接頭(頂部驅(qū)動(dòng)器浮動(dòng)機(jī)構(gòu)將也進(jìn)行同樣操作)。隨后使用上部轉(zhuǎn)矩扳手構(gòu)成接頭(頂部驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)從屬于上部轉(zhuǎn)矩扳手)。同時(shí)，到泥漿斗的泥漿閥關(guān)閉，因?yàn)楝F(xiàn)在通過頂部驅(qū)動(dòng)器和保護(hù)接頭提供泥漿流。上部和下部轉(zhuǎn)矩扳手現(xiàn)在脫離，且泥漿真空排出泥漿斗。泥漿斗的上部管柱塞和下部管柱塞打開，且上部轉(zhuǎn)矩扳手上的浮動(dòng)機(jī)構(gòu)完全縮回。在此點(diǎn)，TDR從鉆柱完全斷開。
[0302]當(dāng)接收到“準(zhǔn)備好卸開接頭”信號時(shí)，上部和下部轉(zhuǎn)矩扳手接合，且泥漿斗的上部管柱塞和下部管柱塞在鉆柱周圍關(guān)閉。到TDR的泥漿閥打開，從而以泥漿泛注泥漿斗。在接收到“卸開接頭”信號時(shí)，上部轉(zhuǎn)矩扳手浮動(dòng)機(jī)構(gòu)將分隔力施加于接頭。隨后使用上部轉(zhuǎn)矩扳手卸開接頭。浮動(dòng)機(jī)構(gòu)將接頭的上部部分提升到泥漿斗的上部部分中，且全封閉柱塞關(guān)閉。泥漿隨后從泥漿斗的上部部分真空排出，且上部轉(zhuǎn)矩扳手脫離。在此點(diǎn)，在鉆柱正由下部轉(zhuǎn)矩扳手驅(qū)動(dòng)的同時(shí)，將TDR從管接頭的上部管半部斷開。
[0303]在下鉆或起鉆期間不需要泥漿循環(huán)和旋轉(zhuǎn)。相同狀態(tài)機(jī)可用以對這些情況中的操作進(jìn)行定序。然而，以虛線展示的轉(zhuǎn)變用以繞過柱塞的操作。而且，將操作速度設(shè)定為零，且停用泥漿閥操作。
[0304]鉆孔操作定序
[0305]先前部分描述用于對起重機(jī)、機(jī)架臂、頂部驅(qū)動(dòng)器和TDR子系統(tǒng)進(jìn)行定序的狀態(tài)機(jī)。此部分描述在鉆孔操作期間協(xié)調(diào)子系統(tǒng)的狀態(tài)機(jī)。
[0306]鉆孔操作是循環(huán)的，但為了描述狀態(tài)機(jī)而需要一個(gè)開始點(diǎn)。此開始點(diǎn)選擇為:頂部驅(qū)動(dòng)器斷開、不旋轉(zhuǎn)且處于加載位置；TDR驅(qū)動(dòng)鉆柱且以穿透率向下移動(dòng)；以及機(jī)架臂跟蹤頂部驅(qū)動(dòng)器且準(zhǔn)備好加載新架。一旦TDR已將鉆柱降低到需要添加新架的點(diǎn)(早先描述的連接位置)，則循環(huán)的第一部分開始。在此點(diǎn)，頂部驅(qū)動(dòng)器開始對TDR匹配運(yùn)動(dòng)，且機(jī)架臂將鉆架呈現(xiàn)到保護(hù)接頭。頂部驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成接頭，且機(jī)架臂撤回。新架的末端隨后插入在TDR中，且TDR在頂部驅(qū)動(dòng)器的幫助下構(gòu)成此接頭。TDR隨后從管脫離且移動(dòng)到斷開位置。當(dāng)保護(hù)接頭已向下移動(dòng)足夠遠(yuǎn)而需要從鉆柱斷開時(shí)循環(huán)的第二部分開始。TDR對頂部驅(qū)動(dòng)器匹配運(yùn)動(dòng)且在保護(hù)副接頭周圍關(guān)閉。TDR隨后結(jié)合頂部驅(qū)動(dòng)器來卸開接頭且打開其上部腔室以釋放保護(hù)接頭。頂部驅(qū)動(dòng)器隨后移動(dòng)到準(zhǔn)備好下一循環(huán)的加載位置。
[0307]后擴(kuò)孔操作定序
[0308]此部分描述在后擴(kuò)孔操作期間協(xié)調(diào)子系統(tǒng)的狀態(tài)機(jī)。后擴(kuò)孔操作有效地與鉆孔操作相互顛倒。循環(huán)的開始點(diǎn)選擇為:頂部驅(qū)動(dòng)器斷開、靜止且處于接收位置；TDR驅(qū)動(dòng)鉆柱且以后擴(kuò)孔速率向上移動(dòng)；以及機(jī)架臂跟蹤頂部驅(qū)動(dòng)器且準(zhǔn)備好卸載架。一旦保護(hù)接頭的末端已進(jìn)入TDR，則循環(huán)的第一部分開始。在此點(diǎn)，頂部驅(qū)動(dòng)器對TDR匹配運(yùn)動(dòng)且開始旋轉(zhuǎn)。TDR結(jié)合頂部驅(qū)動(dòng)器來構(gòu)成保護(hù)接頭與鉆柱之間的接頭。TDR隨后斷開且移動(dòng)到拾取位置。
[0309]當(dāng)鉆柱中的最頂部架的底部接頭進(jìn)入TDR時(shí)循環(huán)的第二部分開始。TDR結(jié)合頂部驅(qū)動(dòng)器而圍住接頭且卸開接頭。TDR隨后在頂部驅(qū)動(dòng)器將架升高到TDR之外的同時(shí)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)鉆柱。機(jī)架臂隨后抓持架，頂部驅(qū)動(dòng)器卸開架與保護(hù)接頭之間的接頭，且機(jī)架臂使架返回到管架。最終，頂部驅(qū)動(dòng)器向下移動(dòng)到準(zhǔn)備好下一循環(huán)的接收位置。
[0310]下鉆操作定序
[0311]用以對下鉆操作進(jìn)行定序的狀態(tài)機(jī)實(shí)際上相同于鉆孔所需的狀態(tài)機(jī)。僅有的重要差異在于，除了當(dāng)構(gòu)成或卸開接頭時(shí)之外頂部驅(qū)動(dòng)器和扳手都不旋轉(zhuǎn)。雖然鉆孔狀態(tài)機(jī)發(fā)信號通知頂部驅(qū)動(dòng)器在某些轉(zhuǎn)變期間開始和停止旋轉(zhuǎn)，但頂部驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)機(jī)可有效地忽略此命令且維持零速度。
[0312]起鉆操作定序
[0313]用以對起鉆操作進(jìn)行定序的狀態(tài)機(jī)實(shí)際上相同于后擴(kuò)孔所需的狀態(tài)機(jī)。同樣，僅有的重要差異在于，除了當(dāng)構(gòu)成或卸開接頭時(shí)之外頂部驅(qū)動(dòng)器和扳手都不旋轉(zhuǎn)。雖然后擴(kuò)孔狀態(tài)機(jī)發(fā)信號通知頂部驅(qū)動(dòng)器在某些轉(zhuǎn)變期間開始和停止旋轉(zhuǎn)，但頂部驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)機(jī)可有效地忽略此命令且維持零速度。
[0314]本文揭示和主張的所有裝置、組成和/或方法可在不依據(jù)本發(fā)明進(jìn)行過度實(shí)驗(yàn)的情況下進(jìn)行和執(zhí)行。雖然已在優(yōu)選實(shí)施例方面描述了本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，在不脫離本發(fā)明的概念、精神和范圍的情況下可將變化應(yīng)用于所述系統(tǒng)和/或方法以及本文描述的方法的步驟中或步驟序列中。更具體來說，將了解，某些相關(guān)組件可代替本文描述的組件，同時(shí)將實(shí)現(xiàn)相同或相似結(jié)果。另外，可修改一些操作，例如更改本文描述的操作的時(shí)序，或者可能修改本文描述的操作的順序。類似地，將了解，可修改各種數(shù)據(jù)輸入和計(jì)算機(jī)編程以提供比本文描述的方法的設(shè)備和性能的操作較多或較少的自動(dòng)化。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員了解的所有這些類型代替和修改均視為在由所附權(quán)利要求書界定的本發(fā)明的精神、范圍和概念內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其包括: a)多個(gè)升降系統(tǒng)； b)游動(dòng)差鉆器，其與所述多個(gè)升降系統(tǒng)中的至少一者相關(guān)聯(lián)； c)頂部驅(qū)動(dòng)器，其與所述多個(gè)升降系統(tǒng)中的至少一者相關(guān)聯(lián)，所述頂部驅(qū)動(dòng)器連接到保護(hù)接頭； d)管處置和存儲系統(tǒng)，其與所述游動(dòng)差鉆器相關(guān)聯(lián)； e)鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其與所述游動(dòng)差鉆器相關(guān)聯(lián)；以及 f)控制系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)可操作以控制所述游動(dòng)差鉆器的操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其包括第一升降系統(tǒng)、第二升降系統(tǒng)和第三升降系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述第一升降系統(tǒng)、第二升降系統(tǒng)或第三升降系統(tǒng)包括絞車、絞盤、液壓油缸、齒條齒輪系統(tǒng)或高負(fù)載線性馬達(dá)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述第一和第二升降系統(tǒng)與所述游動(dòng)差鉆器相關(guān)聯(lián)，且所述第三升降系統(tǒng)與所述頂部驅(qū)動(dòng)器相關(guān)聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述游動(dòng)差鉆器包括: a)框架； b)下部轉(zhuǎn)矩扳手； c)上部轉(zhuǎn)矩扳手；以及 d)泥漿斗。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述泥漿斗包括: a)上部旋轉(zhuǎn)腔室，其包括至少第一上部管柱塞； b)中間靜止腔室，其包括全封閉柱塞；以及 c)下部旋轉(zhuǎn)腔室，其包括至少第一下部管柱塞。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述泥漿斗進(jìn)一步包括第二上部管柱塞和第二下部管柱塞。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述下部轉(zhuǎn)矩扳手包括: a)環(huán)形齒輪； b)至少第一馬達(dá)；以及 c)多個(gè)凸輪鎖爪。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述上部轉(zhuǎn)矩扳手包括: a)環(huán)形齒輪； b)至少第一馬達(dá)；以及 c)多個(gè)凸輪鎖爪。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述上部轉(zhuǎn)矩扳手進(jìn)一步包括浮動(dòng)機(jī)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述頂部驅(qū)動(dòng)器包括浮動(dòng)機(jī)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述頂部驅(qū)動(dòng)器包括浮動(dòng)機(jī)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)進(jìn)一步包括用于操作所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的指令。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)包括用于同時(shí)控制所述升降系統(tǒng)、所述游動(dòng)差鉆器、所述頂部驅(qū)動(dòng)器、所述管處置和存儲系統(tǒng)和所述鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操作的指令。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)包括響應(yīng)于與鉆孔或起下鉆操作相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的指令。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)包括響應(yīng)于存儲在非易失性存儲器中的數(shù)據(jù)、與鉆孔或起下鉆操作相關(guān)聯(lián)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和用戶輸入的指令。
17.一種游動(dòng)差鉆器，其包括: a)框架； b)下部轉(zhuǎn)矩扳手； c)上部轉(zhuǎn)矩扳手；以及 d)泥漿斗。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的游動(dòng)差鉆器，其中所述泥漿斗包括: a)上部旋轉(zhuǎn)腔室，其包括至少第一上部管柱塞； b)中間靜止腔室，其包括全封閉柱塞；以及 c)下部旋轉(zhuǎn)腔室，其包括至少第一下部管柱塞。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的游動(dòng)差鉆器，其中所述泥漿斗進(jìn)一步包括第二上部管柱塞和第二下部管柱塞。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的游動(dòng)差鉆器，其中所述下部轉(zhuǎn)矩扳手包括: a)環(huán)形齒輪； b)至少第一馬達(dá)；以及 c)多個(gè)凸輪鎖爪。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的游動(dòng)差鉆器，其中所述上部轉(zhuǎn)矩扳手包括: a)環(huán)形齒輪； b)至少第一馬達(dá)；以及 c)多個(gè)凸輪鎖爪。
22.一種泥漿斗，其包括: a)上部旋轉(zhuǎn)腔室，其包括至少第一上部管柱塞； b)中間靜止腔室，其包括全封閉柱塞；以及 c)下部旋轉(zhuǎn)腔室，其包括至少第一下部管柱塞。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的泥漿斗，其進(jìn)一步包括在所述上部旋轉(zhuǎn)腔室與所述中間靜止腔室之間的回轉(zhuǎn)環(huán)。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的泥漿斗，其進(jìn)一步包括在所述中間靜止腔室與所述下部旋轉(zhuǎn)腔室之間的回轉(zhuǎn)環(huán)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的泥漿斗，其進(jìn)一步包括在所述中間靜止腔室與所述下部旋轉(zhuǎn)腔室之間的回轉(zhuǎn)環(huán)。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的泥漿斗，其進(jìn)一步包括多個(gè)泥漿端口。
27.一種用于鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，其包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)包括用于控制所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的至少多個(gè)操作的指令。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的控制系統(tǒng)，其中所述計(jì)算機(jī)進(jìn)一步包括用于同時(shí)控制多個(gè)升降系統(tǒng)、游動(dòng)差鉆器、頂部驅(qū)動(dòng)器、管處置和存儲系統(tǒng)和鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操作的指令。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的控制系統(tǒng)，其中所述計(jì)算機(jī)進(jìn)一步包括響應(yīng)于與所述鉆孔或起下鉆系統(tǒng)的至少多個(gè)操作相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的指令。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的控制系統(tǒng)，其中所述計(jì)算機(jī)包括響應(yīng)于存儲在非易失性存儲器中的數(shù)據(jù)、與鉆孔或起下鉆操作相關(guān)聯(lián)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或用戶輸入的指令。
31.一種用于從孔移除鉆柱的一部分的方法，其包括: a)對鉆機(jī)裝備鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)包括: i)多個(gè)升降系統(tǒng)； ?)游動(dòng)差鉆器，其與所述多個(gè)升降系統(tǒng)中的至少一者相關(guān)聯(lián)； iii)頂部驅(qū)動(dòng)器，其與所述多個(gè)升降系統(tǒng)中的至少一者相關(guān)聯(lián)，所述頂部驅(qū)動(dòng)器連接到保護(hù)接頭； iv)管處置和存儲系統(tǒng)，其與所述游動(dòng)差鉆器相關(guān)聯(lián)； v)鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其與所述游動(dòng)差鉆器相關(guān)聯(lián)；以及 vi)控制系統(tǒng)，其可操作以控制所述游動(dòng)差鉆器的至少多個(gè)操作； b)操作所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)以從所述孔移除所述鉆柱的至少一部分。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述游動(dòng)差鉆器包括: a)框架； b)下部轉(zhuǎn)矩扳手； c)上部轉(zhuǎn)矩扳手；以及 d)泥漿斗。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述泥漿斗包括: a)上部旋轉(zhuǎn)腔室，其包括至少第一上部管柱塞； b)中間靜止腔室，其包括全封閉柱塞；以及 c)下部旋轉(zhuǎn)腔室，其包括至少第一下部管柱塞。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述泥漿斗進(jìn)一步包括第二上部管柱塞和第二下部管柱塞。
35.一種用于鉆石油或天然氣井的方法，其包括: a)對鉆機(jī)裝備鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)包括:i)多個(gè)升降系統(tǒng)； ?)游動(dòng)差鉆器，其與所述多個(gè)升降系統(tǒng)中的至少一者相關(guān)聯(lián)； iii)頂部驅(qū)動(dòng)器，其與所述多個(gè)升降系統(tǒng)中的至少一者相關(guān)聯(lián)，所述頂部驅(qū)動(dòng)器連接到保護(hù)接頭； iv)管處置和存儲系統(tǒng)，其與所述游動(dòng)差鉆器相關(guān)聯(lián)； v)鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其與所述游動(dòng)差鉆器相關(guān)聯(lián)；以及 vi)控制系統(tǒng)，其可操作以控制所述游動(dòng)差鉆器的至少多個(gè)操作； b)操作所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)以鉆所述石油或天然氣井。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述游動(dòng)差鉆器包括: a)框架； b)下部轉(zhuǎn)矩扳手； c)上部轉(zhuǎn)矩扳手；以及 d)泥漿斗。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中所述泥漿斗包括: a)上部旋轉(zhuǎn)腔室，其包括至少第一上部管柱塞； b)中間靜止腔室，其包括全封閉柱塞；以及 c)下部旋轉(zhuǎn)腔室，其包括至少第一下部管柱塞。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中所述泥漿斗進(jìn)一步包括第二上部管柱塞和第二下部管柱塞。
39.一種用于從豎管或套管孔移除管而不需要所述管的流體循環(huán)或旋轉(zhuǎn)的方法，其包括: a)對鉆機(jī)裝備鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)包括: i)多個(gè)升降系統(tǒng)； ?)游動(dòng)差鉆器，其與所述多個(gè)升降系統(tǒng)中的至少一者相關(guān)聯(lián)； iii)頂部驅(qū)動(dòng)器，其與所述多個(gè)升降系統(tǒng)中的至少一者相關(guān)聯(lián)，所述頂部驅(qū)動(dòng)器連接到保護(hù)接頭； iv)管處置和存儲系統(tǒng)，其與所述游動(dòng)差鉆器相關(guān)聯(lián)； v)鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其與所述游動(dòng)差鉆器相關(guān)聯(lián)；以及 vi)控制系統(tǒng)，其可操作以控制所述游動(dòng)差鉆器的至少多個(gè)操作； b)操作所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)以從所述豎管或所述套管孔移除所述管而不需要所述管的流體循環(huán)或旋轉(zhuǎn)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述游動(dòng)差鉆器包括: a)框架； b)下部轉(zhuǎn)矩扳手； c)上部轉(zhuǎn)矩扳手；以及 d)泥漿斗。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中所述泥漿斗包括: a)上部旋轉(zhuǎn)腔室，其包括至少第一上部管柱塞； b)中間靜止腔室，其包括全封閉柱塞；以及 c)下部旋轉(zhuǎn)腔室，其包括至少第一下部管柱塞。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中所述泥漿斗進(jìn)一步包括第二上部管柱塞和第二下部管柱塞。
43.一種鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其包括:a)多個(gè)升降系統(tǒng)； b)多個(gè)游動(dòng)差鉆器，其各自與所述多個(gè)升降系統(tǒng)中的至少一者相關(guān)聯(lián)； c)管處置和存儲系統(tǒng)，其與所述多個(gè)游動(dòng)差鉆器中的至少一者相關(guān)聯(lián)； d)鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其與所述多個(gè)游動(dòng)差鉆器中的至少一者相關(guān)聯(lián)；以及 θ)控制系統(tǒng)。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其包括第一升降系統(tǒng)和第二升降系統(tǒng)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述第一升降系統(tǒng)或所述第二升降系統(tǒng)包括絞車、絞盤、液壓油缸、齒條齒輪系統(tǒng)或高負(fù)載線性馬達(dá)。
46.根據(jù)權(quán)利要求43所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其包括第一游動(dòng)差鉆器和第二游動(dòng)差鉆器。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述第一游動(dòng)差鉆器或所述第二游動(dòng)差鉆器包括: a)旋轉(zhuǎn)電梯碗； b)下部旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩扳手； c)上部旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩扳手； d)旋轉(zhuǎn)器； e)泥漿斗；以及 f)流體連接系統(tǒng)。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)電梯碗包括: a)主體； b)碗； c)止推軸承； d)所述主體、碗和止推軸承中的經(jīng)對準(zhǔn)徑向開口； e)馬達(dá)；以及 f)多個(gè)傳感器。
49.根據(jù)權(quán)利要求47所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述下部旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩扳手包括: a)環(huán)形齒輪，其包括門； b)至少第一馬達(dá)；以及 c)多個(gè)凸輪鎖爪。
50.根據(jù)權(quán)利要求47所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述上部旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩扳手包括: a)環(huán)形齒輪，其包括門； b)至少第一馬達(dá)；以及 c)多個(gè)凸輪鎖爪。
51.根據(jù)權(quán)利要求47所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)器是兩部分旋轉(zhuǎn)器。
52.根據(jù)權(quán)利要求47所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述泥漿斗是兩部分泥漿斗。
53.根據(jù)權(quán)利要求43所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)進(jìn)一步包括用于操作所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)的指令。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)包括用于同時(shí)控制所述升降系統(tǒng)、所述游動(dòng)差鉆器、所述管處置和存儲系統(tǒng)和所述鉆孔流體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操作的指令。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)包括響應(yīng)于與鉆孔或起下鉆操作相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的指令。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)包括響應(yīng)于存儲在非易失性存儲器中的數(shù)據(jù)、與鉆孔或起下鉆操作相關(guān)聯(lián)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和用戶輸入的指令。
57.一種用于以連續(xù)或近連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)從孔移除鉆柱的一部分的方法，其包括對鉆機(jī)裝備根據(jù)權(quán)利要求43所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，以及操作所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)以用連續(xù)或近連續(xù)旋轉(zhuǎn)和近連續(xù)泥漿循環(huán)從孔移除鉆柱的至少一部分。
58.一種用于鉆石油或天然氣井的方法，其包括對鉆機(jī)裝備根據(jù)權(quán)利要求43所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，以及操作所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)以鉆石油或天然氣井。
59.一種用于以最大速度從豎管或套管孔移除管而不需要所述管的流體循環(huán)或旋轉(zhuǎn)的方法，其包括對鉆機(jī)裝備根據(jù)權(quán)利要求43所述的鉆孔和起下鉆系統(tǒng)，以及操作所述鉆孔和起下鉆系統(tǒng)以用最大速度從豎管或套管孔移除管而不需要所述管的流體循環(huán)或旋轉(zhuǎn)。
【文檔編號】E21B21/01GK104204406SQ201280067629
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月21日
【發(fā)明者】R·皮爾格林, T·D·吾, P·錢儂, E·西特里克 申請人:卡梅倫鉆機(jī)方案有限公司