具有負荷檢測管引導件的纏繞管注入機的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]纏繞管指的是連續纏繞在大卷筒上用于運輸和操作的連續的鋼管線。纏繞管被廣泛用在油田服務和操作領域。相對于直的、接合管可以高速地進出井孔中，并且不同于管線，可以被推入井孔中。具有從0.75英寸至大于4英寸的直徑，纏繞管可以具有從50，000鎊力每平方英寸(PSI)至大于120，000PSI的屈服抗拉強度，并且已經可以制造為具有大于30，000英尺的長度。已經被用于鉆井、測井、洗井、壓裂、固井、勾取物品、完井和生產的相關操作。
[0002]纏繞管注入機是用于使纏繞管以及某些情況下甚至是接合管進出井孔的機器。術語“纏繞管注入機(colied tubing injector)”來源于在已有的井孔中，管道可能需要通過滑動密封件被強迫或“注入”到井中來克服井中流體的壓力，直到井中管道的重量超過由作用在管道的橫截面上的壓力產生的力。然而，一旦管道的重量克服了壓力，則其必須被注入機支撐。
[0003]存在不同類型和結構的能夠操作油田操作中所使用的纏繞管的纏繞管注入機。當前使用的典型的纏繞管注入機的頭部包括兩個連續的鏈條，每個鏈條安裝在隔開的鏈輪上，從而在鏈輪之間存在延長長度的鏈條。至少一個鏈條被連接到一個或多個鏈輪上的馬達驅動-典型的是液壓馬達，盡管其他類型的馬達也可以被使用。鏈條被布置為使得進入注入機的纏繞管被安裝至每個鏈條的夾持器保持在鏈條之間。夾持器壓向管道的外直徑，從而產生與管道的軸平行的摩擦力。該摩擦力與夾持器施加的法向力直接相關。
[0004]纏繞管的卷筒、纏繞管注入機、控制艙和用于操作注入機的其他設備被安裝在拖車上并被運輸到作為“纏繞管單元”的地點。當纏繞管從卷筒上被退繞下來或繞回卷筒上時，其被拱形管引導件引導與纏繞管注入機的鏈條對準。當纏繞管注入機在井場地被部署時，拱形管引導件被連接至纏繞管注入機的框架，從而其在注入機被操作時與纏繞管注入機具有固定關系。通常，拱形管引導件被布置或定向為使得纏繞管能夠在注入機的鏈條之間被旋入注入機頭的頂部。可選地，管道也可以首先被送入安裝至框架的在注入機頭上的矯直器中。矯直器在管道進入注入器頭之前去除管道的彎曲。(如在該說明書中所使用的，“纏繞管注入機”表示單獨的注入機頭或與框架和/或矯直器的結合，其中，頭部置于框架中，除非上下文另有說明。)
[0005]卷筒必須保持纏繞管上的張力以將管道纏繞在卷筒上，并在管道被退繞或纏繞時將其纏在卷筒上。拱形管道引導件防止纏繞管扭結或被卷筒施加至管道的張力損壞。
[0006]拱形管引導件通常以允許其以不同位置或方向被附著或連接的方式連接至纏繞管注入機的框架。例如，最佳位置或方向可以依賴于正被使用的管道的直徑，或者管道是否正低于或被推入或拉出井孔。當管道離開卷筒時，相對于其被拉出井孔時具有相對更大的弧度，這可能影響到拱形管引導件如何被固定至注入機。因此，盡管拱形管引導件在操作過程中具有與纏繞管注入機頭的固定關系，但是這不代表拱形管引導件與注入機的連接不允許被調節。
[0007]在被使用時，具有拱形管引導件的纏繞管注入機被定位在井口上方，高度足以容納一個或多個防井噴器、隔水管(riser)以及可能連接至井口的其他設備，纏繞管在進入井孔之前必須經過這些設備。隔水管有一個或多個直管部分構成，從附著至井口的防井噴器延伸，并被用于容納細長的剛性工具，這些工具在纏繞管被降低至井孔中之前被連接至纏繞管的端部。纏繞管注入機連接至具有剝離器(stripper)的隔水管，通過其纏繞管被推入或拉出。因為沒有井架或平臺，移動式起重機被驅動至現場并被用于定位和將注入機保持在原位。可替換地，臨時結構被架設在井口的上方，在其上放置纏繞管注入機。在任一情況下，操作纏繞管注入機和纏繞管卷筒的人員遠離纏繞管注入機定位，通常在用于將卷筒和纏繞注入機運輸至井場的拖車上的艙中。隔水管、起重機、井口、卷筒和纏繞管單元的示例在美國公開專利申請第20130175048號中示出，其為了所有目的通過引用結合于此。
[0008]在卷筒通過被持續地向后驅動來在卷筒和注入機之間的管道中提供張力時，注入機控制管道的動作。施加至管道的張力的數量由卷筒驅動產生的力矩量和打包的管道至旋轉的卷筒軸之間的徑向距離決定。卷筒和注入機之間需要幾千鎊的張力來維持管道受控地纏繞至卷筒和從卷筒退繞。對于更大和更強的纏繞管，需要更多的張力來有序地控制管道在卷筒上的纏繞并在所有管道處理設備上施加更大的負荷。
[0009]特定情形下的正確的卷筒力矩量是由操作者控制的。操作者的經驗、直覺和對管道的纏繞的視覺觀察都僅是對于操作的指導。這種主觀的方法可能導致張力上升太快并導致設備故障，最經常發生的是拱形管道引導件的崩潰倒塌。導致張力上升至危險水平的情況例如:I)注入機隨著卷筒制動裝置的移動;2)當管道不被纏繞時，沒有降低卷筒的力矩輸出(持續的卷筒力矩導致與頂部纏繞相比，底部纏繞具有更大的張力)；以及3)在注入機跑出洞孔時，快速地減速(在卷筒降低速度至與注入機的速度匹配之前，卷筒的動能可能導致張力增加)。
[0010]因此，管道處理部件已經被設計為確保管引導件的安全，否則如果其被使用，則把持管引導件的支撐件具有最低安全系數，意味著在管道張力增加時，支撐件是第一個故障部件。其故障是彎折。盡管不期望故障，但是這樣的故障有時候是優選的，因為支撐件的彎折為操作者提供了已經發生過載的視覺反饋，并且與其他故障模式相比，不太可能導致災難性的故障。
[0011]概述
[0012]本發明涉及用于監視由纏繞管上的張力產生的纏繞管注入機的拱形管引導件上的負荷的方法和裝置。負荷由負荷傳感器檢測，例如，產生反饋信號的測壓儀或負荷銷。負荷被操作者或控制者監測，施加至周圍纏繞有管道的卷筒的力矩被調節以避免拱形管引導件上過負荷或響應于該過負荷而被調節。監視拱形管引導件上的負荷也使得操作者能夠控制卷筒來避免或減少對井口或纏繞管設備的壓力和導致的損壞。由于纏繞管單元在井上操作，所以管卷筒和管注入機之間的管應力可以在井口上施加相當大的彎曲負荷。彎曲負荷與管張力成正比。
[0013]附圖簡述
[0014]圖1是用于在井口操作使用的具有拱形管引導件的纏繞管注入機的側視圖；
[0015]圖2是圖1的纏繞管注入機的支撐件的仰視圖。
[0016]圖3是圖1的支撐件的可選實施例的仰視圖。
[0017]圖4是圖的支撐件的另一可選實施例的仰視圖。
[0018]圖5是圖1的纏繞管注入機的側視圖，具有可選實施例的拱形管引導件。
[0019]圖6是圖5的拱形管引導件的支撐件的仰視圖。
[0020]圖7是圖1的纏繞管注入機的側視圖，具有可選實施例的拱形管引導件。
[0021]圖8是表示用于檢測纏繞管注入機的拱形管引導件上的負荷并響應于過載狀態的過程和信號流的示意圖。
[0022]圖9是表示顯示在纏繞管注入機的拱形管引導件上的負荷狀態的儀表。
[0023]【具體實施方式】詳述
[0024]在下面的說明中，相同附圖標記表示相同部件。