專利名稱：用于監(jiān)測(cè)和控制不壓井起下作業(yè)卡瓦的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及用于監(jiān)測(cè)和控制在修井、完井、鉆井、和油井維修設(shè)備、特別是不壓井起下作業(yè)設(shè)備中載荷支承部件的接合及載荷轉(zhuǎn)移的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
修井、完井、鉆井設(shè)備用于將管道進(jìn)給到地下井內(nèi)以及從地下井取出。比如，如已知的那樣，在采油采氣工業(yè)中不壓井起下作業(yè)設(shè)備用于便于進(jìn)入處于壓力下的井中。不壓井起下作業(yè)設(shè)備在控制處于壓力下的井時(shí)操縱著各種管狀部件(如管道、管、及井底鉆具組件)進(jìn)入和離開(kāi)井。傳統(tǒng)的不壓井起下作業(yè)設(shè)備包括固定卡瓦和游動(dòng)卡瓦，這些卡瓦被相繼地操作以便使管件穿過(guò)井口移進(jìn)井內(nèi)以及移出井，盡管可能存在促使管件落入井中的重型管件載荷(“使管道加重(pipe heavy)”)或者作用在管件上促使管件從井出來(lái)的由儲(chǔ)藏壓力生成的力(“使管道減輕(pipe light)”)。

當(dāng)不壓井起下作業(yè)進(jìn)井或者出井時(shí)，過(guò)渡或“平衡點(diǎn)”發(fā)生在使管道減輕和使管道加重之間，其中管道重量和由井施加的、作用在管柱的橫截面上的提升力基本相等。因此，幾百英尺的管道能以最小的作用力運(yùn)動(dòng)。不壓井起下作業(yè)通常由操作者手動(dòng)控制，當(dāng)不壓井起下作業(yè)進(jìn)井或者出井時(shí)，該操作者相繼地啟動(dòng)游動(dòng)卡瓦和固定卡瓦。不壓井起下作業(yè)卡瓦是載荷支承部件，且依靠摩擦來(lái)限制管件或管柱。然而，對(duì)于操作者而言，在轉(zhuǎn)移載荷到另一套載荷支承部件之前，意外地釋放一套載荷支承部件是常見(jiàn)的。這樣的錯(cuò)誤可致使管柱落下或彈射出，從而使得員工處于危險(xiǎn)境地并且損害設(shè)備。因此，本領(lǐng)域中需要減輕現(xiàn)有技術(shù)中的困難的方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于監(jiān)測(cè)和控制在修井、完井、鉆井和油井維修設(shè)備中載荷支承部件的接合和載荷轉(zhuǎn)移的系統(tǒng)和方法。在沒(méi)有限制的情況下，在一個(gè)實(shí)施方式中，該設(shè)備包括不壓井起下作業(yè)裝置?！矫?，本發(fā)明包括用于監(jiān)控和控制具有第一和第二載荷支承部件的修井機(jī)，所述第一和第二載荷支承部件先后地操作以便接合管道并使管道運(yùn)動(dòng)到井內(nèi)或者運(yùn)動(dòng)到井夕卜，該系統(tǒng)包括a)與第一載荷支承部件相聯(lián)的第一致動(dòng)傳感器以及與第二載荷支承部件相聯(lián)的第二致動(dòng)傳感器，其中致動(dòng)傳感器直接或間接地檢測(cè)載荷支承部件在管道上的接合；以及b)控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)可操作地與第一和第二致動(dòng)傳感器連接且適于接收來(lái)自傳感器的輸入信號(hào)，并且其配置為執(zhí)行包括以下步驟的方法當(dāng)將管柱載荷從一個(gè)載荷支承部件轉(zhuǎn)移到另一個(gè)載荷支承部件時(shí)，在完全釋放或允許完全釋放相對(duì)的載荷支撐部件之前確認(rèn)第一或第二載荷支承部件已經(jīng)與管道接合。在一個(gè)實(shí)施方式中，修井機(jī)為不壓井起下作業(yè)設(shè)備，且第一和第二載荷支承部件包括固定卡瓦和游動(dòng)卡瓦。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一和第二致動(dòng)傳感器均包括確定卡瓦位置的位置傳感器，其中卡瓦可在與管道接合的第一位置以及與管道解開(kāi)的第二位置之間運(yùn)動(dòng)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一和第二致動(dòng)傳感器均包括確定卡瓦載荷狀態(tài)的載荷傳感器。如果卡瓦負(fù)荷，這意味著卡瓦已經(jīng)與管道接合。相反，如果卡瓦沒(méi)有負(fù)荷，卡瓦沒(méi)有與管道接合。優(yōu)選地，該系統(tǒng)對(duì)于每一套卡瓦包括位置傳感器和載荷傳感器?？刂葡到y(tǒng)適于處理輸入信號(hào)以便提供位置和載荷狀態(tài)的測(cè)量，且比較測(cè)量值與預(yù)定值，其中如果測(cè)量值等于預(yù)定值，游動(dòng)卡瓦或固定卡瓦的位置和載荷狀態(tài)得到確認(rèn)。在一個(gè)實(shí)施方式中，位置傳感器檢測(cè)卡瓦運(yùn)動(dòng)部分的位置或者致動(dòng)卡瓦的液壓缸活塞桿的位置。在一個(gè)實(shí)施方式中，位置傳感器包括測(cè)量用于給液壓缸供以能量的液壓流體流的流量計(jì)。 在一個(gè)實(shí)施方式中，載荷傳感器包括氣囊式傳感器、液壓囊式傳感器、電子測(cè)壓元件、液壓測(cè)壓元件或應(yīng)變儀。在一個(gè)實(shí)施方式中，載荷傳感器還包括壓力傳感器。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括利用具有第一和第二載荷支承部件的修井機(jī)使管道行進(jìn)的方法，所述第一和第二載荷支承部件先后地操作以將管道運(yùn)動(dòng)到井眼內(nèi)或者運(yùn)動(dòng)到井眼外所述方法包括以下步驟(a)使管道與第一載荷支承部件接合，并使第二載荷支承部件運(yùn)動(dòng)到第一位置；(c)使管道與第二載荷支承部件接合；(d)在完全釋放第一載荷支承部件之前，確認(rèn)第二載荷支承部件已經(jīng)充分地接合
管道；(e)將第二載荷支承部件運(yùn)動(dòng)到第二位置，以便使管道運(yùn)動(dòng)到井眼內(nèi)或者井眼外。在一個(gè)實(shí)施方式中，修井機(jī)為不壓井起下作業(yè)設(shè)備，且第一和第二載荷支承部件包括游動(dòng)卡瓦和固定卡瓦。在一個(gè)實(shí)施方式中，確認(rèn)卡瓦與管道接合的步驟包括確認(rèn)卡瓦已經(jīng)到達(dá)閉合位置和/或確定卡瓦是否支承充足的載荷的步驟。在該方法的一個(gè)實(shí)施方式中，至少步驟(d)自動(dòng)防止在沒(méi)有確認(rèn)第二卡瓦已經(jīng)充分地接合管道的情況下釋放第一卡瓦。術(shù)語(yǔ)“自動(dòng)”是指，在沒(méi)有任何操作人員干預(yù)的情況下，系統(tǒng)防止在沒(méi)有所需的確認(rèn)的情況下釋放固定卡瓦。本發(fā)明另外的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的說(shuō)明下變得明顯。然而，應(yīng)該理解，詳細(xì)的說(shuō)明和特定實(shí)施例(同時(shí)指本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式)僅通過(guò)舉例的方式給出，因?yàn)橛伤降臋?quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種改變和改型都對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言從該詳細(xì)的說(shuō)明中變得清楚。


現(xiàn)在通過(guò)示例性實(shí)施方式并參考所附簡(jiǎn)化的、示意性的且不成比例的附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。在附圖中圖IA為示出了管道的不壓井起下作業(yè)設(shè)備的正視圖的示意圖。圖IB為本發(fā)明中系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖。圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方法的示意性框圖。圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方法的示意性框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及用于監(jiān)測(cè)和控制在修井、完井、鉆井和油井維修設(shè)備中載荷支承部件的接合及載荷轉(zhuǎn)移的系統(tǒng)和方法。當(dāng)描述本發(fā)明時(shí)，未在此限定的所有術(shù)語(yǔ)具有它們?cè)诒绢I(lǐng)域所認(rèn)知的通常的含義。在某種程度上，下面的描述是本發(fā)明的特定實(shí)施方式或者具體用途，這僅用于解釋性說(shuō)明，并不是對(duì)所要求保護(hù)的本發(fā)明的限制。下面的說(shuō)明旨在覆蓋包括在本發(fā)明的精神和范圍中的所有變形、改型和等同方式，如在所附權(quán)利要求中限定的那樣。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式是在液壓不壓井起下作業(yè)設(shè)備的控制的背景下進(jìn)行說(shuō)明的。如此處所用的，術(shù)語(yǔ)“液壓不壓井起下作業(yè)設(shè)備”指液壓致動(dòng)單元，該液壓致動(dòng)單元包括卡瓦、防噴器組、和用于插入或拉出管柱或管的液壓千斤頂、以及來(lái)自欠平衡井或充氣油井條件下的井底鉆具組件。在液壓千斤頂中，液壓作用于液壓缸上以產(chǎn)生傳遞到管柱的力， 使得不壓井起下作業(yè)設(shè)備執(zhí)行將管道推入井中或從井拉出管道的操作。游動(dòng)卡瓦將提升力或不壓井起下作業(yè)力從液壓千斤頂傳遞到管柱。然而，本領(lǐng)域人員可以理解，本文所描述的方法和系統(tǒng)可用于此處稱為“修井機(jī)(service unit) ”的任何修井、完井、鉆井或油井維修設(shè)備，所述修井、完井、鉆井或油井維修設(shè)備采用先后地工作以將管道推入井眼或從井眼拉出的載荷支承部件。如此處所用，術(shù)語(yǔ)“卡瓦”指包括用于將管柱保持在適當(dāng)位置的握持元件(比如，具有齒的金屬楔形件)的載荷支承部件。通常，在傳統(tǒng)的不壓井起下作業(yè)設(shè)備中包括幾組相對(duì)的卡瓦，并且特定的卡瓦組被指定為用于“使管道加重”和“使管道減輕”操作。通常，卡瓦是“定向的”，因?yàn)樗鼈儽辉O(shè)置成用于更好地抵抗管道在一個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)。重固定卡瓦可安裝在防噴器(BOP)組上并控制重管道的運(yùn)動(dòng)。重游動(dòng)卡瓦通常附接到千斤頂板的頂部并控制重管道的運(yùn)動(dòng)。不壓井起下作業(yè)固定卡瓦通常安裝在BOP組的頂部上并保持處于使管道減輕或中性狀態(tài)(neutral state)的管。不壓井起下作業(yè)游動(dòng)卡瓦可以以相反的方位安裝在游動(dòng)的千斤頂板上，并控制管柱運(yùn)動(dòng)到井中或從井運(yùn)動(dòng)離開(kāi)。不壓井起下作業(yè)游動(dòng)卡瓦通常僅在管道處于使管道減輕狀態(tài)時(shí)保持管。用于致動(dòng)載荷支承部件的修井機(jī)或不壓井起下作業(yè)設(shè)備的元件以及這種設(shè)備的其它傳統(tǒng)元件不是所要求保護(hù)的本發(fā)明的一部分。比如，本發(fā)明的實(shí)施方式可在采用齒條及齒輪致動(dòng)(代替游動(dòng)部件的液壓缸致動(dòng))的修井機(jī)中實(shí)施。傳統(tǒng)液壓不壓井起下作業(yè)設(shè)備的操作對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是公知的，且不需要在此贅述。 在一個(gè)實(shí)施方式中，不壓井起下作業(yè)設(shè)備10包括千斤頂?shù)装?2和千斤頂頂板14。不壓井起下作業(yè)設(shè)備10具有重固定卡瓦座16，該不壓井起下作業(yè)設(shè)備10設(shè)有下部的防噴器(BOP) 18、不壓井起下作業(yè)固定卡瓦座20、以及用于使游動(dòng)千斤頂板24朝著和遠(yuǎn)離千斤頂頂板14豎向地運(yùn)動(dòng)的多個(gè)液壓缸千斤頂22。液壓缸千斤頂22每個(gè)均包括液壓缸，活塞桿26從液壓缸延伸，該液壓缸安裝在千斤頂?shù)装?2和千斤頂頂板14之間，且活塞桿26的最上端與游動(dòng)千斤頂板24連接。重游動(dòng)卡瓦座28和不壓井起下作業(yè)游動(dòng)卡瓦座30安裝至游動(dòng)千斤頂板24。用于不壓井起下作業(yè)操作的管道32隨著它繼續(xù)向下進(jìn)入井眼(未示出)而穿過(guò)游動(dòng)卡瓦座28、30、固定卡瓦座16、20和B0P18。本發(fā)明涉及用于監(jiān)測(cè)修井機(jī)中的各載荷支承部件的接合狀態(tài)的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，該系統(tǒng)和方法進(jìn)一步控制或指揮載荷支承部件的致動(dòng)，以便減少管柱的落下或者彈射出的危險(xiǎn)。概括地說(shuō)，該系統(tǒng)和方法為控制系統(tǒng)和/或操作者提拱卡瓦已經(jīng)閉合且接合管道并因此實(shí)際上已經(jīng)負(fù)荷有管道的確認(rèn)。根據(jù)該信息，控制系統(tǒng)和/或操作者然后將允許相對(duì)的卡瓦組完全釋放負(fù)載至負(fù)荷的卡瓦。此外，該系統(tǒng)和方法可提供卡瓦組已經(jīng)釋放其載荷的確認(rèn)。在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明包括用于監(jiān)測(cè)和控制具有第一和第二載荷支承部件的修井機(jī)的系統(tǒng)，該第一和第二載荷支承部件先后地操作以便接合管道并使管道運(yùn)動(dòng)到井內(nèi)或者運(yùn)動(dòng)尚開(kāi)井，該系統(tǒng)包括a)與第一載荷支承部件相聯(lián)的第一致動(dòng)傳感器和與第二載荷支承部件相聯(lián)的第二致動(dòng)傳感器，其中致動(dòng)傳感器直接或間接地檢測(cè)載荷支承部件在管道上的接合；及b)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)可操作地連接到第一和第二致動(dòng)傳感器并適于接收來(lái)自傳感器的輸入信號(hào)，且配置為執(zhí)行包括以下步驟的方法當(dāng)把管柱載荷從一個(gè)載荷支承部件轉(zhuǎn)移到另一個(gè)載荷支承部件時(shí)，在完全釋放或允許完全釋放相對(duì)的載荷支撐部件之前確認(rèn)第一或第二載荷支承部件已與管道接合。 在一個(gè)實(shí)施方式中，第一和第二卡瓦致動(dòng)傳感器每個(gè)均包括確定卡瓦位置的位置傳感器。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一和第二卡瓦致動(dòng)傳感器每個(gè)均包括確定卡瓦載荷狀態(tài)的載荷傳感器。卡瓦上存在載荷是對(duì)卡瓦已經(jīng)接合管道的間接確認(rèn)。優(yōu)選地，該系統(tǒng)對(duì)于每套卡瓦包括位置傳感器和載荷傳感器兩者。在一個(gè)實(shí)施方式中，位置傳感器和載荷傳感器分別檢測(cè)卡瓦的位置和卡瓦上的載荷，且每個(gè)均產(chǎn)生狀表這些參數(shù)的信號(hào)，并且可操作地連接到對(duì)于修井機(jī)操作者而言可見(jiàn)的測(cè)量?jī)x器或指示器，且其也可以聯(lián)接到可視、可聽(tīng)或可觸的警報(bào)器，這些警報(bào)器警告操作者需要注意的情況。在另一實(shí)施方式中，位置和載荷傳感器傳送信號(hào)到控制系統(tǒng)100?？刂葡到y(tǒng)100包括接口 110、存儲(chǔ)器120和處理器130。接口 210可以是傳統(tǒng)的用于為控制器(比如微控制器)接收和傳送數(shù)據(jù)的接口。接口 110配置為接收來(lái)自位置和載荷傳感器的信號(hào)。接口可以是傳統(tǒng)的用于傳送和接收數(shù)據(jù)的裝置，且可包括用于傳送和接收數(shù)據(jù)的多個(gè)端口。這些端口可以是用于通過(guò)各種裝置(如便攜式存儲(chǔ)裝置、PC或便攜式計(jì)算機(jī)或通信網(wǎng)絡(luò))來(lái)交換數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)插座。接口 110與存儲(chǔ)器120和處理器130耦聯(lián)。存儲(chǔ)器可以是傳統(tǒng)的存儲(chǔ)器，其通常位于構(gòu)造成存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)程序的微控制器內(nèi)。存儲(chǔ)器可存儲(chǔ)操作指令，從而當(dāng)其啟動(dòng)時(shí)指揮處理器的操作。存儲(chǔ)器是非易失性存儲(chǔ)器，并且包括臨界值部分，該臨界值部分是配置成用于存儲(chǔ)臨界值的存儲(chǔ)器專用位置。處理器可以是傳統(tǒng)的處理器(如微處理器)。處理器包括將測(cè)定位置和載荷傳感器值與臨界值相比較的比較部件132。發(fā)信號(hào)或致動(dòng)部件134配置為根據(jù)該比較步驟而允許或致動(dòng)特定卡瓦的進(jìn)一步操作。如果測(cè)量值不滿足預(yù)定值，那么控制系統(tǒng)相應(yīng)地向操作者發(fā)信號(hào)，并且可以在一個(gè)實(shí)施方式中自動(dòng)地防止卡瓦的進(jìn)一步操作。因此，在一個(gè)實(shí)施方式中，卡瓦的操作(即打開(kāi)和閉合)因而由通過(guò)位置傳感器和載荷傳感器檢測(cè)到的各自的物理量的預(yù)編程臨界值驅(qū)動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)然后可以向操作者發(fā)信號(hào)，以便致動(dòng)卡瓦，或者可以在自動(dòng)化方法中直接地控制卡瓦致動(dòng)器。在半自動(dòng)化過(guò)程中，卡瓦的致動(dòng)可由操作者啟動(dòng)，但是該致動(dòng)可由控制系統(tǒng)阻止，除非系統(tǒng)接收到滿意的位置及載荷測(cè)量值。在一個(gè)實(shí)施方式中，載荷傳感器34A-D定位成使得與如圖I中所示的四組卡瓦的每組卡瓦相聯(lián)。適當(dāng)?shù)妮d荷傳感器包括但是不限于氣囊式傳感器(an air bladder)、液壓囊式傳感器(a hydraulic bladder)、電子測(cè)壓元件、液壓測(cè)壓元件、應(yīng)變儀或其它適當(dāng)?shù)闹亓總鞲衅?。載荷傳感器可并入且組裝到卡瓦中，或者附接在卡瓦和安裝有卡瓦的載荷支承結(jié)構(gòu)的構(gòu)件之間。當(dāng)負(fù)荷時(shí)，載荷傳感器將提供施加到卡瓦的壓縮載荷或拉伸載荷的測(cè)量值。該值將傳達(dá)給控制系統(tǒng)。如果載荷傳感器為填充流體的囊，那么囊內(nèi)的壓力傳感器可測(cè)量壓力并發(fā)送信息到控制系統(tǒng)。盡管不壓井起下作業(yè)操作中在任意給定的卡瓦上的載荷可超過(guò)數(shù)萬(wàn)磅，載荷傳感 器不需要對(duì)大于臨界值的載荷進(jìn)行量化，該臨界值是充足的載荷。比如，任意高于50001bs的載荷是充足的載荷，意味著卡瓦在管道上進(jìn)行完全的握持(positive grip)。充足的載荷可是指示著充分的卡瓦接合的任意充足的重量。位置傳感器可直接或間接地感測(cè)或檢測(cè)卡瓦的位置。在一個(gè)實(shí)施方式中，位置傳感器檢測(cè)卡瓦的運(yùn)動(dòng)部件的物理位置，或者檢測(cè)打開(kāi)或閉合特定卡瓦組的致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)部件的物理位置，該致動(dòng)器可以是液壓缸和活塞桿裝置。運(yùn)動(dòng)部件的位置附指示卡瓦的位置。位置傳感器在本領(lǐng)域是公知的，且可包括電子接近傳感器、線性或旋轉(zhuǎn)差動(dòng)變壓器、弦線電位計(jì)、或旋轉(zhuǎn)或軸編碼器。在一個(gè)實(shí)施方式中，位置傳感器確定在致動(dòng)液壓缸裝置時(shí)活塞桿的位置。在另一實(shí)施方式中，位置傳感器可包括測(cè)量液壓油體積的流量計(jì)，該液壓油曾用于使液壓缸的桿延伸到它們相應(yīng)的液壓缸中或從相應(yīng)的液壓缸中收回。用于打開(kāi)卡瓦所需的體積通過(guò)將卡瓦從閉合位置打開(kāi)來(lái)校準(zhǔn)。該體積被記錄下來(lái)以用于確認(rèn)卡瓦已經(jīng)完全打開(kāi)。用于閉合卡瓦所需的體積通過(guò)將卡瓦從打開(kāi)位置閉合來(lái)校準(zhǔn)，并記錄下來(lái)以用于確認(rèn)卡瓦已經(jīng)完全閉合。所需的體積與活塞桿的位置成直接線性關(guān)系。體積測(cè)量可因此在閉合和打開(kāi)期間用于間接確定卡瓦的位置。比如，如果用于閉合卡瓦的體積為校準(zhǔn)體積的75%，那么可以推定卡瓦的液壓缸桿只運(yùn)動(dòng)了用于完全閉合管柱上的卡瓦所需距離的75%。這樣的信息為控制系統(tǒng)和/或操作者提供關(guān)于卡瓦沒(méi)有按所需完全閉合的確認(rèn)。在一個(gè)實(shí)施方式中，該系統(tǒng)可還包括用于測(cè)量液壓閥運(yùn)動(dòng)的測(cè)量系統(tǒng)，該液壓閥的運(yùn)動(dòng)使得致動(dòng)卡瓦的液壓缸充滿或者清空。液壓閥運(yùn)動(dòng)到打開(kāi)位置以允許加壓的液壓油流動(dòng)，或者運(yùn)動(dòng)到閉合位置以防止液壓油流動(dòng)。液壓油又為液壓缸施以動(dòng)力以便打開(kāi)及閉合卡瓦。通過(guò)測(cè)量液壓閥的打開(kāi)或閉合，控制系統(tǒng)可確定液壓閥是否成功完成所需的動(dòng)作，以及是否正在適合地運(yùn)轉(zhuǎn)。在操作中，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)卡瓦位置和載荷傳感器以便確定是否已經(jīng)成功地完成特定卡瓦的致動(dòng)。如果傳感器指示所需動(dòng)作已經(jīng)完成，控制系統(tǒng)將發(fā)出信號(hào)，以便操作正將載荷轉(zhuǎn)移其上的相對(duì)的卡瓦組或者允許該卡瓦組的操作。如果位置傳感器和/或載荷傳感器沒(méi)有生成成功的(即接合管道)信號(hào)，那么控制系統(tǒng)將不會(huì)釋放相對(duì)的卡瓦組，或者操作者被警示不要釋放相對(duì)的卡瓦組。控制系統(tǒng)將向操作者提供載荷已經(jīng)轉(zhuǎn)移到已致動(dòng)的卡瓦的確認(rèn)。操作者將因此意識(shí)到卡瓦在管柱上具有充分的保持作用，從而可以放心地釋放相對(duì)的卡瓦。載荷和位置傳感器也可以提供之前被加載的卡瓦已經(jīng)釋放其在管柱上的保持作用并因而已經(jīng)釋放其載荷的確認(rèn)?？刂葡到y(tǒng)可具有用于記錄事件或者維修的特征，其包括但不限于利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘以顯示日期時(shí)間來(lái)記錄事件、系統(tǒng)配置改變以追蹤系統(tǒng)配置歷史的記錄、以及操作者執(zhí)行配置改變的辨別。與控制系統(tǒng)連接或者與控制系統(tǒng)成一體的顯示裝置顯示指示信號(hào)(比如，系統(tǒng)狀態(tài)、錯(cuò)誤、警報(bào)、輸出訊息、指示、蜂鳴發(fā)生器)，以便通知操作者是否打開(kāi)或閉合特定卡瓦。下面是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的特定示例。這個(gè)實(shí)施例證明了本發(fā)明的系統(tǒng)如何可以用來(lái)監(jiān)測(cè)和控制不壓井起下作業(yè)設(shè)備的卡瓦，以減少管柱落下或者彈射出的危險(xiǎn)。這個(gè)例子通過(guò)舉例的方式提供，且并不旨在以任意方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。本發(fā)明的方法可在任意修井機(jī)的操作中執(zhí)行，其中載荷支承部件以相繼的方式操作，以便使管道行進(jìn)到井內(nèi)或者井外，其包括以下步驟(a)使管道與第一載荷支承部件接合，且使第二載荷支承部件運(yùn)動(dòng)到第一位置； (b)使管道與第二載荷支承部件接合；(c)利用位置傳感器或載荷傳感器，或者利用位置傳感器和載荷傳感器兩者，確認(rèn)第二載荷支承部件在完全釋放第一載荷支承部件之前已經(jīng)充分地接合管道；(d)使第二載荷支承部件運(yùn)動(dòng)到第二位置以便使管道運(yùn)動(dòng)到井口內(nèi)或者運(yùn)動(dòng)到井口外。通過(guò)從重固定卡瓦向重游動(dòng)卡瓦轉(zhuǎn)移載荷，用于從井移除管柱的示例性步驟在圖2中示意性地示出。這可通過(guò)操作者借助于致動(dòng)卡瓦液壓缸而閉合管柱上的重游動(dòng)卡瓦而實(shí)現(xiàn)。隨著液壓缸使活塞桿向下運(yùn)動(dòng)，位置傳感器檢測(cè)并感測(cè)該運(yùn)動(dòng)，生成代表活塞桿位置的信號(hào)，并將該信號(hào)傳送到控制系統(tǒng)。如果重游動(dòng)卡瓦還沒(méi)有完全閉合，控制系統(tǒng)可提供信號(hào)(比如，聽(tīng)覺(jué)的、視覺(jué)的或電子的信號(hào))給操作者，從而通知未完成動(dòng)作，并且該成對(duì)的卡瓦可能不操作。如果重游動(dòng)卡瓦已經(jīng)完全閉合，控制系統(tǒng)解讀信號(hào)為完成的、成功的動(dòng)作，且該成對(duì)的卡瓦可以使用或致動(dòng)。在重游動(dòng)卡瓦完全閉合以限制管柱的情況下，操作者然后可通過(guò)使重游動(dòng)卡瓦稍微向上運(yùn)動(dòng)來(lái)開(kāi)始將管柱載荷從重固定卡瓦轉(zhuǎn)移到重游動(dòng)卡瓦。與重游動(dòng)卡瓦相聯(lián)的載荷傳感器將感測(cè)并檢測(cè)載荷，生成代表載荷的信號(hào)，并將信號(hào)傳送到控制系統(tǒng)以用于處理和分析。在一個(gè)實(shí)施方式中，如果載荷達(dá)到最小臨界值，比如5000磅，控制系統(tǒng)將信號(hào)解讀為完成的、成功的動(dòng)作。在載荷達(dá)到最小臨界水平之前，控制系統(tǒng)將向操作者提供信號(hào)，且可阻擋固定卡瓦的釋放。如果重游動(dòng)卡瓦未負(fù)荷，控制系統(tǒng)向操作者發(fā)出信號(hào)從而通知?jiǎng)幼魑赐瓿?，并可自?dòng)地防止重固定卡瓦脫開(kāi)。如果重游動(dòng)卡瓦負(fù)荷，控制系統(tǒng)將信號(hào)解讀為完成、成功的動(dòng)作。如果來(lái)自位置傳感器和載荷傳感器之一或兩者的信號(hào)未指示管道與游動(dòng)卡瓦的成功接合，控制系統(tǒng)將相應(yīng)地向操作者發(fā)出信號(hào)，且將不會(huì)允許固定卡瓦的脫開(kāi)。一旦重游動(dòng)卡瓦適當(dāng)?shù)刎?fù)荷有管柱并限制該管柱，控制系統(tǒng)則向操作者發(fā)出信號(hào)，并允許可以從管柱釋放以允許從井移出的重固定卡瓦的致動(dòng)。在使管道減輕配置中，用于通過(guò)將來(lái)自不壓井起下作業(yè)游動(dòng)卡瓦的載荷轉(zhuǎn)移到不壓井起下作業(yè)固定卡瓦而將管柱插入井中的示例性步驟在圖3中示意地示出。一旦不壓井起下作業(yè)游動(dòng)卡瓦已經(jīng)到達(dá)其沖程的底部，操作者則通過(guò)致動(dòng)液壓缸來(lái)閉合管柱上的不壓井起下作業(yè)固定卡瓦。隨著液壓缸使活塞桿運(yùn)動(dòng)，位置傳感器檢測(cè)并感測(cè)該運(yùn)動(dòng)，生成代表活塞桿位置的信號(hào)，并將信號(hào)傳送到控制系統(tǒng)以便處理和分析。如果不壓井起下作業(yè)固定卡瓦還沒(méi)有完全閉合，控制系統(tǒng)向操作者發(fā)出信號(hào)，從而通知未完成動(dòng)作，并可自動(dòng)地防止不壓井起下作業(yè)游動(dòng)卡瓦致動(dòng)。如果不壓井起下作業(yè)固定卡瓦已經(jīng)完全閉合，控制系統(tǒng)將信號(hào)解讀為完成動(dòng)作。在不壓井起下作業(yè)固定卡瓦完全閉合以限制管柱的情況下，操作者則可通過(guò)使不 壓井起下作業(yè)游動(dòng)卡瓦稍稍向上運(yùn)動(dòng)來(lái)開(kāi)始將管柱載荷從不壓井起下作業(yè)游動(dòng)卡瓦轉(zhuǎn)移到不壓井起下作業(yè)固定卡瓦。載荷傳感器感測(cè)并檢測(cè)不壓井起下作業(yè)固定卡瓦上的結(jié)果載荷，生成代表載荷的信號(hào)，并將信號(hào)傳送到控制系統(tǒng)。如果不壓井起下作業(yè)固定卡瓦沒(méi)有充分地負(fù)荷，控制系統(tǒng)向操作者發(fā)出信號(hào)從而通知未完成動(dòng)作，并可自動(dòng)地防止不壓井起下作業(yè)游動(dòng)卡瓦脫開(kāi)。如果不壓井起下作業(yè)固定卡瓦負(fù)荷，控制系統(tǒng)將信號(hào)解讀為完成動(dòng)作。如果來(lái)自位置傳感器和載荷傳感器之一或兩者的信號(hào)沒(méi)有指示固定卡瓦與管道的成功接合，控制系統(tǒng)將相應(yīng)地向操作者發(fā)出信號(hào)，且不會(huì)允許游動(dòng)卡瓦的脫開(kāi)。一旦不壓井起下作業(yè)固定卡瓦適當(dāng)?shù)刎?fù)荷并限制管柱，控制系統(tǒng)則發(fā)出信號(hào)來(lái)致動(dòng)可從管柱釋放以使得液壓缸頂起不壓井起下作業(yè)游動(dòng)卡瓦的不壓井起下作業(yè)游動(dòng)卡瓦。將管道從不壓井起下作業(yè)固定卡瓦轉(zhuǎn)移到不壓井起下作業(yè)游動(dòng)卡瓦的傳感器和方法啟動(dòng)并完成，以便允許不壓井起下作業(yè)游動(dòng)卡瓦將管柱插入井中。如上所述并根據(jù)實(shí)施方式與控制系統(tǒng)相關(guān)的功能和特征可以以服務(wù)器和/或客戶機(jī)器中一個(gè)或多個(gè)軟件對(duì)象、組件、或者計(jì)算機(jī)程序或程序模塊來(lái)執(zhí)行。上述控制系統(tǒng)和方法可在軟件、固件或硬件、或者其結(jié)合中執(zhí)行。在附圖中所示的或如上所述的系統(tǒng)組件可以為或可包括一個(gè)計(jì)算機(jī)或多個(gè)計(jì)算機(jī)。這些組件描述為總體而言通過(guò)計(jì)算機(jī)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令(比如程序模塊)。通常，程序模塊包括例行程序、程序、對(duì)象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，其執(zhí)行特定任務(wù)或?qū)嵤┨囟ǔ橄髷?shù)據(jù)類型。進(jìn)一步，軟件對(duì)象、組件或模塊的至少一些或者全部可以硬編碼到處理單元、可編程裝置、和/或只讀存儲(chǔ)器或者其它非易失存儲(chǔ)媒介中。軟件對(duì)象和/或程序模塊的特定執(zhí)行細(xì)節(jié)將落入本領(lǐng)域技術(shù)人員的認(rèn)知和理解中。因此，控制系統(tǒng)可包括在存儲(chǔ)的程序控制(例如，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器或其它非易失存儲(chǔ)媒介中的軟件或固件)下的處理單元，可利用任意各種各樣其它技術(shù)，這些技術(shù)包括特定用途的計(jì)算機(jī)、微計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)、編程微處理器、微控制器、周邊集成電路元件、CSIC(用戶專用集成電路)、ASIC(專用集成電路)、邏輯電路、數(shù)字信號(hào)處理器、可編程邏輯裝置(比如FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)，PLD (可編程邏輯器件)、PLA (可編程邏輯陣列))，RFID處理器、小芯片或能夠執(zhí)行本發(fā)明處理步驟的任意其它裝置或裝置的布置。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可包括呈具有處理單元、系統(tǒng)存儲(chǔ)器以及系統(tǒng)總線的計(jì)算機(jī)形式的一般用途計(jì)算機(jī)裝置，所述系統(tǒng)總線將包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器的各種系統(tǒng)組件連接到處理單元。盡管計(jì)算機(jī)或微處理器裝置的很多內(nèi)部部件未示出或未說(shuō)明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可理解這樣的部件和相互連接是公知的。如將為本領(lǐng)域技術(shù)人員所清楚的是，前述特定公開(kāi)的各 種改型、調(diào)整和變型可在不偏離此處限定的本發(fā)明的范圍下做出。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)測(cè)和控制修井機(jī)的系統(tǒng)，所述修井機(jī)具有先后地操作以便接合管道并使管道運(yùn)動(dòng)到井內(nèi)或運(yùn)動(dòng)到井外的第一載荷支承部件和第二載荷支承部件，所述用于監(jiān)測(cè)和控制修井機(jī)的系統(tǒng)包括 a)與所述第一載荷支承部件相聯(lián)的第一致動(dòng)傳感器以及與所述第二載荷支承部件相聯(lián)的第二致動(dòng)傳感器，其中這些致動(dòng)傳感器直接或間接地檢測(cè)載荷支承部件在管道上的接合；及 b)控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)可操作地連接至所述第一致動(dòng)傳感器和第二致動(dòng)傳感器，并適于接收來(lái)自傳感器的輸入信號(hào)，且配置為執(zhí)行包括以下步驟的方法當(dāng)將管道載荷從一個(gè)載荷支承部件轉(zhuǎn)移到另一個(gè)載荷支承部件時(shí)，在完全釋放或允許完全釋放相對(duì)的載荷支撐部件之前確認(rèn)第一載荷支承部件或第二載荷支承部件已經(jīng)與管道接合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的用于監(jiān)測(cè)和控制修井機(jī)的系統(tǒng)，其中所述方法包括確認(rèn)之前受到負(fù)荷的載荷支承部件已經(jīng)完全釋放管道并且已經(jīng)不受負(fù)荷的進(jìn)一步的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的用于監(jiān)測(cè)和控制修井機(jī)的系統(tǒng)，其中所述修井機(jī)包括不壓井起下作業(yè)設(shè)備，所述載荷支承部件包括卡瓦。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的用于監(jiān)測(cè)和控制修井機(jī)的系統(tǒng)，其中致動(dòng)傳感器包括用于檢測(cè)載荷支承部件位置的位置傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的用于監(jiān)測(cè)和控制修井機(jī)的系統(tǒng)，其中致動(dòng)傳感器包括用于檢測(cè)載荷支承部件上載荷的載荷傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的用于監(jiān)測(cè)和控制修井機(jī)的系統(tǒng)，其中致動(dòng)傳感器包括位置傳感器和載荷傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的用于監(jiān)測(cè)和控制修井機(jī)的系統(tǒng)，其中所述位置傳感器檢測(cè)載荷支承部件的運(yùn)動(dòng)部分的位置或者檢測(cè)用于致動(dòng)所述載荷支承部件的部件的運(yùn)動(dòng)部分的位置，所述載荷支承部件的運(yùn)動(dòng)部分的位置或者用于致動(dòng)載荷支承部件的部件的運(yùn)動(dòng)部分的位置指示載荷支承部件的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的用于監(jiān)測(cè)和控制修井機(jī)的系統(tǒng)，其中所述位置傳感器檢測(cè)致動(dòng)卡瓦的液壓缸的桿的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求4的用于監(jiān)測(cè)和控制修井機(jī)的系統(tǒng)，其中所述位置傳感器包括用于測(cè)量流入或流出致動(dòng)卡瓦的液壓缸的液壓流體的體積的流量計(jì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的用于監(jiān)測(cè)和控制修井機(jī)的系統(tǒng)，其中所述載荷傳感器包括氣囊式傳感器、液壓囊式傳感器、電子測(cè)壓元件、液壓測(cè)壓元件或者應(yīng)變儀。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的用于監(jiān)測(cè)和控制修井機(jī)的系統(tǒng)，其中所述載荷傳感器包括壓力傳感器。
12.根據(jù)權(quán)利要求I的用于監(jiān)測(cè)和控制修井機(jī)的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)還包括根據(jù)相對(duì)的載荷支承部件的狀態(tài)來(lái)允許或阻止載荷支承部件致動(dòng)的部件。
13.一種利用具有以相繼的方式操作的載荷支承部件的修井機(jī)來(lái)使管道行進(jìn)到井內(nèi)或井外的方法，所述方法包括以下步驟 (a)使管道與第一載荷支承部件接合并使第二載荷支承部件運(yùn)動(dòng)到第一位置； (b)使管道與第二載荷支承部件接合； (C)利用位置傳感器或載荷傳感器、或者利用位置傳感器和載荷傳感器兩者，確認(rèn)在完全釋放第一載荷支承部件之前第二載荷支承部件已經(jīng)與管道充分地接合； (d)使第二載荷支承部件運(yùn)動(dòng)到第二位置，以便使管道運(yùn)動(dòng)到井眼內(nèi)或運(yùn)動(dòng)到井眼外。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述修井機(jī)包括不壓井起下作業(yè)設(shè)備，所述載荷支承部件包括卡瓦。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述確認(rèn)步驟包括確定卡瓦是否已到達(dá)與管道接合的閉合位置和/或確定卡瓦是否支承充足的載荷的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述控制系統(tǒng)防止在沒(méi)有確認(rèn)第二卡瓦已經(jīng)與管道充分地接合的情況下完全釋放第一卡瓦。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于監(jiān)測(cè)和控制具有游動(dòng)卡瓦和固定卡瓦的不壓井起下作業(yè)設(shè)備的系統(tǒng)和方法。位置傳感器與卡瓦相聯(lián)，用于檢測(cè)卡瓦的打開(kāi)和閉合位置。載荷傳感器與卡瓦相聯(lián)，用于監(jiān)測(cè)卡瓦的載荷狀態(tài)。當(dāng)管柱載荷從一組卡瓦轉(zhuǎn)移到另一組卡瓦時(shí)，控制系統(tǒng)接收來(lái)自傳感器的輸入信號(hào)，并在釋放相對(duì)的卡瓦組或允許相對(duì)的卡瓦組釋放之前確認(rèn)游動(dòng)卡瓦或固定卡瓦是負(fù)荷的。
文檔編號(hào)E21B19/14GK102767358SQ20121025542
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者J·塔斯基寧, L·托內(nèi)爾, S·麥金農(nóng), T·勒布朗 申請(qǐng)人:斯納伯考制造股份有限公司