CN101932790B - 管件储存装置 - Google Patents

Abstract

一种用于储存多个管件(2a-2b)的管件储存装置(1)，所述管件储存装置具有：缝槽，其形成用于管件的移位路径，以允许将管件设置在沿所述缝槽分布的相应储存位置处，以及从所述缝槽移除所述管件。所述装置包括旋转的闭锁构件轴(21)，其基本上平行于所述缝槽安装；和驱动器(25)，其连接到所述旋转的闭锁构件轴，所述驱动器适于实现所述闭锁构件轴的受控角旋转。多个闭锁构件(26-29)安装在所述闭锁构件轴上，以随所述闭锁构件轴一起旋转，并被布置在沿所述闭锁构件轴的间隔分开的位置处。

Description

管件储存装置

技术领域

本发明涉及用于储存多个管件的管件储存装置。在油气井钻探工业中使用了多种类型的管(统称为“管件”)。管件包括钻管、套管、和其它可连接(例如通过螺纹)的油气井结构。由联接的管件所构成的长“柱”(例如，钻柱或套管立根)通常用于钻探井孔，并防止井孔在钻探后坍塌。

用于油气工业管件的常见的管件储存装置被称为“指梁”。其它已知的用于油气工业管件的储存装置被称为“立根盒(setbacks)”、“立根鼓(setback drums)”、“管架”、“排管器”，等等。

背景技术

管件储存装置(例如指梁)通常包括：缝槽界定结构(例如，分开的指构件)，其限定能够接纳多个管件(例如钻柱)的缝槽。每个管件通常通过可在锁定位置与解锁位置之间移动的对应的闭锁构件，从而沿所述缝槽被独立紧固在储存位置。

在一些现有技术的管件储存装置中，闭锁由工人人工地在锁定位置与解锁位置之间移动，其中工人跨越所述指行走，以将闭锁人工地移动(例如，脚踢)到所希望的锁定或解锁位置。由于指构件常常安装在较高的高度处(在一些情况下，位于钻台上方90英尺处或更高处)，因而由工人对闭锁进行的这种类型的人工操作是危险的。

为了克服这种危险状况，已经开发出了包括有从远处进行控制的“自动化闭锁”的管件储存装置。

在US3768663和US3799364中，示出了用于钻机中的管件储存装置，其中，枢转闭锁指被沿着储存缝槽放置。所述指均连接到液压缸，以选择性地将闭锁引入锁定位置(其中，所述指延伸到由缝槽形成的管件移位路径中)和解锁位置(其中，所述指处于所述移位路径之外)。

在WO2005/061839中，示出了更加新近的管件储存装置。这种装置包括所谓的行控制器，这种处理器连接到每个闭锁，用于在锁定位置与解锁位置之间独立地和依次地移动闭锁。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种比现有技术装置更适于油气工业需要的管件储存装置。

特别地，本发明的一个目的在于提供一种具有高度安全性和可靠操作的装置。

本发明的目的还在于，提供一种几乎不需要维护的装置。

本发明进一步的目的在于，提供能够一种能够适应管件直径(例如，能够接纳不同直径管件)的装置。

本发明提供了一种用于储存多个管件的管件储存装置。

所述管件储存装置包括：缝槽，例如由间隔分开的指构件限定的缝槽，其在前端具有开口，所述缝槽形成了用于管件的移位路径，以便允许将管件放置在沿所述缝槽分布的相应储存位置处，和/或允许从所述缝槽移除所述管件。

所述管件储存装置进一步包括：旋转的闭锁构件轴，其基本上平行于所述缝槽安装；和驱动器，其连接到所述旋转的闭锁构件轴，所述驱动器适于实现所述闭锁构件轴的受控角旋转。

多个闭锁构件被安装在所述闭锁构件轴上，以便随所述闭锁构件轴一起旋转。这些闭锁构件被布置在沿所述闭锁构件轴的间隔分开的位置处。

所述多个闭锁构件包括：具有最小角度延伸度的前闭锁构件，和具有最大角度延伸度的后闭锁构件，以及在所述前闭锁构件和后闭锁构件之间的一个或多个中间闭锁构件。每个所述中间闭锁构件都比在所述闭锁构件轴上的前一闭锁构件具有更大的角度延伸度。

所述驱动器适于选择性地将所述旋转的闭锁构件轴引到一定数量的(或多个)不同角度位置中的一个角度位置中，所述数量(即多个不同角度位置的数量)对应于在所述闭锁构件轴上的闭锁构件的数量加1。

在所述闭锁构件轴上的每个闭锁构件的角度延伸度都被选择，从而使得：

在所述旋转的闭锁构件轴的第一角度位置中，所述轴上的所有闭锁构件都延伸在管件的移位路径中，由此阻止所述管件沿所述缝槽的移位；

在第二角度位置中，仅所述前闭锁构件位于所述移位路径之外，由此使所述前闭锁构件有效地解锁并允许管件通过；

在每个随后的角度位置中，所述前闭锁构件保持成位于所述管件的所述移位路径之外，并由此有效地解锁，下一个闭锁构件也位于所述移位路径之外，并由此有效地解锁；和

在所述轴的最后角度位置中，所有闭锁构件都位于所述管件的所述移位路径之外，并由此有效地解锁。

本发明进一步还涉及装备有这种管件储存装置的油气钻探结构，例如，钻探架。应认识到，钻探结构可为：陆基结构(例如，可运输的陆基结构)，离岸结构(例如，平台)，或钻探船安装结构。

附图说明

在附图中：

-图1示出了根据本发明的管件储存装置的示例；

-图2以俯视方式示出了图1的装置；

-图3以侧视方式示出了图1的装置；

-图4以俯视方式示出了钻杆筒的一部分，其中包括图1的装置和根据本发明替代性实施例的两个管件储存装置；

-图5示出了所述替代性实施例的每个闭锁构件的位置的例示图，其中示出了闭锁构件轴的多个角度位置；

-图6示出了根据本发明的管件储存装置的又一实施例；

-图7以俯视方式示出了图6的装置；

-图8以侧视方式示出了图6的装置；和

-图9以前视方式示出了图6的装置。

具体实施方式

参见图1-5，将详细地阐释根据本发明的管件储存装置1的优选实施例，该管件储存装置用于储存多个管件2a-h。如前所述，术语“管件”是油气工业中的公知术语，其意在涵盖用于钻井和其它井相关操作的所有管件产品。

在本文所示的示例中，假定管件2a-h储存在竖直位置中，不过根据本发明的储存装置也适于其它的管件取向，例如水平储存。

管件2a-h可从储存装置悬置在竖直位置中，例如，通过使每个管件具有较大直径的头(例如连接头)以接合在储存装置上，例如接合在悬置构件上，其中悬置构件安装在高于指构件3、4的高度处。

在此示例中，假定竖直布置的管件的下端置于管件储存装置的支撑表面(未示出)上，支撑表面例如具有定位构件以接合每个管件的下端以将管件保持就位。

通常，储存装置1包括一对间隔分开的指构件3、4(例如，板构件)，在指构件3、4之间形成有缝槽5，缝槽5在其前端具有开口6并在缝槽5的后部具有封闭端7。

缝槽5形成管件2a-h所用的移位路径，以允许将管件放置于沿缝槽5分布的相应储存位置处，以及允许从缝槽5移除所述管件。

在此示例中，缝槽5被构造成接纳八个管件2a-h。例如，管件是预组装的多管联接件(例如，三个一组或四个一组)，如油气钻探工业中常见的那样。

在此示例中，闭锁机构20被示出为用于四个管件的组。由于这些机构20在设计和操作上基本类似，因而将仅对其中的一个进行更详细的描述。

闭锁机构20包括旋转的闭锁构件轴21，旋转的闭锁构件轴21安装在指构件4上并基本上平行于缝槽5。

驱动器25(在此为适合的电动马达驱动器25)连接到旋转的闭锁构件轴21，所述驱动器25适于实现闭锁构件轴21的受控角旋转。

多个闭锁构件26-29(在此为四个闭锁构件)安装在闭锁构件轴21上以便随闭锁构件轴21一起旋转，并被布置在沿闭锁构件轴21间隔分开的位置处。

轴21在此被保持在轴支撑结构22中，且轴支撑结构22在此示例中安装在指构件4上，优选地，轴支撑结构在相邻的闭锁构件26-29之间对轴进行支撑。

这组闭锁构件26-29包括在组26-29内被布置为最接近于这些闭锁的前开口6的前闭锁构件26。该前闭锁构件26具有最小的角度延伸度，而后闭锁构件29具有最大的角度延伸度。应认识到，角度延伸度被认为是构件围绕轴21沿角度方向的有效延伸度。

在所述前闭锁构件26和后闭锁构件29之间，两个另外的闭锁构件(被称为中间闭锁构件27、28)被放置在轴21上。这些中间闭锁构件27、28均比闭锁构件轴21上的前一闭锁构件具有更大的角度延伸度。因此，越接近于轴21上的闭锁构件组的后部，则闭锁构件的角度延伸度变得越大。

驱动器25适于选择性地将旋转闭锁构件轴21引至一定数量的不同角度位置之一中，所述数量对应于闭锁构件轴上的闭锁构件的数量加1，因而在此示例中为五个位置。当然，驱动器25可被构造成提供轴21更多的不同角度位置，以根据需要用于其它目的。

选择闭锁构件轴21上的每个闭锁构件26-29的角度延伸度，从而使得：

在旋转的闭锁构件轴21的第一角度位置中，轴上的所有闭锁构件26-29都延伸在管件的移位路径中，由此阻止管件沿所述缝槽的移位(这在图1-4中被示出)；

在第二角度位置中，仅前闭锁构件26位于所述移位路径之外，由此有效地使闭锁构件26解锁并允许管件通过(在此实施例中，管件2a然后可从储存装置移除，而所有其它管件则被保留住)；

在随后的角度位置中，所述前闭锁构件26仍保持成位于管件的所述移位路径之外，由此有效地解锁，并且下一闭锁构件(在此为构件27)也位于移位路径之外，并由此有效地解锁(由此允许移除管件2b)；

在再后的角度位置中，闭锁构件26、27都保持在所述移位路径之外，而且现在闭锁构件28也移到所述路径之外(由此将管件2c解锁)；

和

在轴21的最后角度位置中，所有闭锁构件26-29均位于管件的移位路径之外，并由此有效地解锁(从而使得管件2d也可从所述缝槽移除)。

应认识到，通过轴21简单的逐步旋转，闭锁26-29依次解锁，由此允许从储存装置移除更多的管件。

每个闭锁构件26-29的有效角度延伸度可以由本领域技术人员很容易地构造，例如，根据轴上的闭锁构件数量来构造。轴21上的闭锁构件的实际数量为4或5，不过其它数量也是可能的。

应认识到，轴21从“最后角度位置”的进一步旋转允许将轴21再次引至其第一位置，从而使得所有闭锁构件26-29再次锁定。

闭锁构件26-29(至少其有效延伸到管件路径中的部分)优选地实施为实心的金属体，例如成形为盘的扇区。在此示例中，作为优选方案，锥形侧部分与所述中心扇区集成，以增强闭锁构件的稳定性。

闭锁构件26-29的其它实施例也是可想到的，例如，每个闭锁构件具有两个销，所述销限定闭锁构件的外角度极限(可具有在所述销之间延伸的桥构件)

如图1中可见，(一个或多个)驱动器25可放置在保护壳体30中或保护罩之后，优选地比缝槽5的后部更靠后。

驱动器25可具有任何适合的设计，例如包括液压致动器。

应注意，缝槽5可这样形成，即：通过指构件界定该缝槽的一侧，通过具有闭锁构件的轴21形成该缝槽的相对侧，因而在缝槽的该侧没有指构件。

而且，在不存在指构件或类似物的情况下，缝槽5可通过两个间隔分开的具有闭锁构件的轴21来界定。

应注意，在储存装置的替代性实施例(未示出)中，缝槽在其后部也是开口的。这可用于例如在缝槽的一端清空储存装置而从缝槽的另一端填充该储存装置。

在图5中以俯视图示出了钻杆筒构件40的一部分，其具有多个用于储存管件的缝槽5，每个缝槽5在筒构件40的外轮廓处具有开口6。

在此构件40中，存在如图1-3中所示的具有闭锁机构20的储存装置1，以及根据本发明的两个另外的具有闭锁机构50的储存装置。

这些具有闭锁机构50的储存装置均被沿着适于接纳五个管件的缝槽5而放置，因而每个储存装置均包括五个闭锁构件51-55。这些构件51-55安装在旋转的轴21上，轴21以与参照图1-3所详述的方式基本相同的方式通过驱动器25来旋转。

为了例示闭锁机构50的操作，现在参见图5。

在“位置1：缝槽完全关闭”的结构图中，闭锁构件51-55的位置被描绘成对应于轴21的第一角度位置。从图中可见，从前闭锁构件51开始并朝向后闭锁构件55，闭锁构件的角度延伸度逐级增大，使得在这所述方面闭锁构件51最小而闭锁构件55最大。

在“位置2：旋转60度以开启第一位置”的结构图中，示出了轴21的第二角度位置，其中前闭锁构件51处于解锁位置中。其它的闭锁构件52-55也被旋转，但是闭锁构件52-55中的每一个仍然有一部分延伸在管件的路径中。由此，管件1能够被从缝槽5中移除，而其它的管件2-5仍然被保留住。

在“位置3：旋转120度以开启第二位置”的结构图中，示出了轴21的第三角度位置。在此位置中，前闭锁构件51和相邻的闭锁构件52都处于解锁位置中，使得管件2现在也可被移除。其它闭锁构件53-55仍具有延伸成防止相关联的管件朝向缝槽5的开口6运动的部分。

应认识到，通过进一步的逐级旋转，可最终到达轴21的最后位置，最后位置被示出在框图“最后位置：旋转300度使缝槽完全开启”。现在，轴21上的所有闭锁构件自身都处于管件的路径之外，从而使得现在管件5也被释放。显然，缝槽可从轴21的这一位置开始被填充以管件，并然后沿相反方向旋转所述轴从而使得：当更多的管件被置于缝槽5中时，各闭锁构件被逐一引入锁定位置中。

图6-9示出了根据本发明的替代性管件储存装置60。

在该替代性装置60中，具有与前述实施例相比的多个显著的区别特征。

第一个区别在于，两个闭锁机构70设置在缝槽的相对侧，这两个闭锁机构70对相同的(五个)管件储存位置起作用。对此，参照图1-4，其中两个闭锁机构20中的每个涉及单一缝槽5中的不同组的储存位置。通过使两个闭锁机构70处于相同组的储存位置的相对侧，管件(2a-e)可牢固地保持在储存位置中。

如图所示，每个闭锁机构均具有其自身的、独立的、且用于旋转的闭锁构件轴71的驱动器75，使得仅当两个驱动器75均操作时管件才能够被释放。可在希望额外安全性时采用此实施例。

第二个区别在于，这里的每个闭锁机构70还允许闭锁构件轴21相对于缝槽5的横向运动，例如，允许针对管件直径来调节闭锁机构。

在此，每个闭锁机构均包括具有适合致动器(例如液压缸72a)的枢转的轴支撑结构72，以使闭锁构件轴21横向于缝槽5移动。当然，也可使用其它设计获得这种效果。在图1-5的实施例中实现轴21的横向移动性也是可以想到的。

在该示例中，两个轴72均具有横向移动性，并且枢转的轴支撑结构72通过适合的联动器73或其它传动器进行连接，使得共用致动器72a同时实现两个轴72的横向运动。

Claims (11)

1.一种用于储存多个管件的管件储存装置，所述管件储存装置包括：

缝槽，其在前端具有开口，所述缝槽形成用于管件的移位路径，以允许将管件放置在沿所述缝槽分布的相应储存位置处，和/或允许从所述缝槽中移除所述管件；

旋转的闭锁构件轴，其基本上平行于所述缝槽安装；

驱动器，其连接到所述旋转的闭锁构件轴，所述驱动器适于实现所述闭锁构件轴的受控角旋转；

多个闭锁构件，其安装在所述闭锁构件轴上以便与所述闭锁构件轴一起旋转，并被布置成位于沿所述闭锁构件轴的间隔分开的位置处；

其中，所述多个闭锁构件包括：具有最小角度延伸度的前闭锁构件，和具有最大角度延伸度的后闭锁构件，以及在所述前闭锁构件和后闭锁构件之间的一个或多个中间闭锁构件，所述中间闭锁构件中的每一个相比所述闭锁构件轴上的前一闭锁构件均具有更大的角度延伸度；

其中，所述驱动器适于选择性地将所述旋转的闭锁构件轴引到一定数量的不同角度位置中的一个位置中，所述数量对应于所述闭锁构件轴上的闭锁构件的数量加1；

其中，在所述闭锁构件轴上的每个闭锁构件的角度延伸度被选择成使得：

在所述旋转的闭锁构件轴的第一角度位置中，所述闭锁构件轴上的所有闭锁构件都延伸在所述管件的移位路径中，由此阻止所述管件沿所述缝槽的移位；

在第二角度位置中，仅所述前闭锁构件位于所述移位路径之外，由此使所述前闭锁构件有效地解锁并允许管件通过；

在每一个随后的角度位置中，所述前闭锁构件都保持着位于所述管件的所述移位路径之外并由此有效地解锁，并且下一个闭锁构件也位于所述移位路径之外并由此有效地解锁；和

在所述闭锁构件轴的最后角度位置中，所有闭锁构件都位于所述管件的所述移位路径之外并由此有效地解锁。

2.根据权利要求1所述的管件储存装置，其中，所述管件储存装置包括界定了所述缝槽的间隔分开的指构件。

3.根据权利要求2所述的管件储存装置，其中，所述指构件被布置成与具有相关联闭锁构件的闭锁构件轴间隔分开。

4.根据权利要求1所述的管件储存装置，其中，两个具有相关联闭锁构件的闭锁构件轴被设置为彼此相互间隔分开，并在其间界定所述缝槽。

5.根据权利要求1所述的管件储存装置，其中，所述管件储存装置包括界定了所述缝槽的一侧的至少一个指构件，所述闭锁构件轴被保持在安装于所述指构件上的轴支撑结构中。

6.根据权利要求5所述的管件储存装置，其中，所述轴支撑结构在每对相邻的闭锁构件之间对所述闭锁构件轴进行支撑。

7.根据权利要求1所述的管件储存装置，其中，所述管件储存装置允许将所述闭锁构件轴从最后角度位置直接旋转到其第一角度位置，从而使所有闭锁构件从其解锁位置被直接引至其锁定位置。

8.根据权利要求1所述的管件储存装置，其中，提供了具有相关联闭锁构件的两个闭锁构件轴，其分别设置在所述缝槽的相对侧。

9.根据权利要求8所述的管件储存装置，其中，具有相关联闭锁构件的所述两个闭锁构件轴被布置成对相同的管件储存位置起作用。

10.根据权利要求1所述的管件储存装置，其中，每个闭锁构件轴被安装成用于所述闭锁构件轴相对于所述缝槽的横向运动。

11.一种油气工业钻探结构，包括：根据前述权利要求中的一项所述的管件储存装置。

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