專利名稱：水下下入工具中的相對轉(zhuǎn)數(shù)和位移的測量的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及水下下入工具，并且更具體而言，涉及感測在泥線和泥線下水平處的水下下入工具的相對轉(zhuǎn)數(shù)和相對位移。
背景技術：
在水下操作中，水面平臺通常浮在待鉆探的區(qū)域上方。水面平臺然后下入鉆井立管(riser)，鉆井立管從水面平臺延伸至位于海底的井口。由于大部分鉆井操作通過鉆井立管進行，因此鉆井立管充當船體與井口之間的生命線。當井需要諸如套管懸掛器、跨接懸掛器、密封件、抗磨補心(bushing)等的裝置時，這些裝置需要在下入管柱上從船體的表面穿過立管、通過井口并進入井筒中?？衫弥亓俊⑿D(zhuǎn)和液壓力來放置和促動這些裝置。由于這個原因，重要的是一定程度上確切地知道下入工具在水下環(huán)境中的相對轉(zhuǎn)數(shù)和位移。了解這些信息使操作者能知道該裝置已到達井筒中的合適位置并且被適當?shù)卮賱?。通常，這通過在水面平臺處監(jiān)測下入管柱的轉(zhuǎn)數(shù)和下入管柱的位移而實現(xiàn)。因為水面平臺浮在水下井口的上方，所以它們受到海流和風的影響。雖然嘗試將立管固定到海底，但海流和風將推動水面平臺，使得它們在井口上方不完全保持靜止。此外，立管本身由于海流而發(fā)生移動。由于這個原因，立管不會在井口與水面平臺之間真正保持豎直。相反，立管將響應于船體相對于井口的位置以及海流對未固定的立管分段的影響而“彎曲”，其中未固定的立管分段在固定到水面平臺的立管柱的端部和固定到井口的立管柱的端部之間延伸。當勘探更深的水中的位置時，問題變得嚴重。當立管彎曲時，穿過立管的下入管柱將接觸立管，而不是在立管內(nèi)保持同軸。在下入管柱接觸立管壁的位置處，下入管柱變得被固定，并且將由水面平臺施加到下入管柱的操作重量和扭矩中的一些從下入管柱傳遞到立管。因此，施加到井筒中的裝置的實際扭矩和重量小于施加在水面平臺處的總扭矩和重量。這導致下入工具的相對轉(zhuǎn)數(shù)和位移相比在水面處的轉(zhuǎn)數(shù)和下入管柱位移的差值。此外，施加在水面處的轉(zhuǎn)數(shù)和位移與在下入工具處的轉(zhuǎn)數(shù)和位移的差值可以由于下入管柱的長度而實現(xiàn)。下入管柱可通過井口與水面之間的立管而延伸數(shù)千英尺。當旋轉(zhuǎn)時，下入管柱的管段可以相對于彼此扭曲，使得每一轉(zhuǎn)的一部分被下入管柱所消減。類似地，一些軸向位移被下入管柱段相對于彼此的位移所消減。因此，在水面處施加的轉(zhuǎn)數(shù)和位移可能不會轉(zhuǎn)換成在井口處的下入工具處的相同位移或轉(zhuǎn)數(shù)。因此，需要一種方法和設備，其用于在用下入工具坐放、設置(setting)和測試水下井口裝置時感測在泥線和泥線下水平處的下入工具的轉(zhuǎn)數(shù)和位移。

發(fā)明內(nèi)容
通過本發(fā)明的優(yōu)選實施例解決或規(guī)避這些和其它問題，并且大體實現(xiàn)技術優(yōu)點，優(yōu)選實施例提供了用于實時測量水下下入工具在井下位置處的相對轉(zhuǎn)數(shù)和相對位移的設備以及使用該設備的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，公開了一種用于下入和設置水下井口部件的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括下入工具，其具有用于聯(lián)接到下入管柱的上端，該下入工具適于運送和設置水下井口部件。下入工具具有主體；具有軸線的桿，該桿通過主體；以及圍繞主體的柱塞(piston)。桿相對于主體可旋轉(zhuǎn)，并且柱塞可以相對于主體軸向移動以設置水下井口部件。編碼器定位在桿和主體之間且用于檢測桿與主體之間的相對旋轉(zhuǎn)。軸向位移傳感器定位在柱塞與桿之間且用于檢測柱塞和主體之間的相對軸向運動。發(fā)射機可通信地聯(lián)接到編碼器和軸向位移傳感器，并且接收機可通信地聯(lián)接到發(fā)射機，接收機位于水面平臺處。操作者界面裝置可通信地聯(lián)接到接收機且位于水面平臺上。編碼器和軸向位移傳感器分別將與相對轉(zhuǎn)數(shù)和位移有關的信息傳送到發(fā)射機，發(fā)射機將信息傳送到接收機，并且接收機將信息傳送到操作者界面裝置。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，公開了一種用于下入和設置水下井口部件的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括下入工具，其具有用于聯(lián)接到下入管柱的上端，該下入工具適于運送和設置部件。下入工具具有主體、穿過主體的桿和圍繞主體的柱塞。主體、桿和柱塞與主體的軸線同軸，并且桿相對于主體可旋轉(zhuǎn),并且柱塞可相對于主體軸向移動。編碼器定位在桿和主體之間以檢測桿和主體之間的相對旋轉(zhuǎn)并作為響應而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)信號，并且發(fā)射機可通信地聯(lián)接到編碼器以用于將旋轉(zhuǎn)信號發(fā)送到水面平臺。接收機位于水面平臺處且可通信地聯(lián)接到發(fā)射機以用于接收在水面處的旋轉(zhuǎn)信號，并且操作者界面裝置可通信地聯(lián)接到接收機。操作者界面裝置定位成靠近鉆機的操作者，以使得接收機可以將旋轉(zhuǎn)信號發(fā)送到操作者界面裝置。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，公開了一種用于下入和設置水下井口部件的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括下入工具，其具有用于聯(lián)接到下入管柱的上端，該下入工具適于運送和設置部件。下入工具具有主體、穿過主體的桿和圍繞主體的柱塞，并且主體、桿和柱塞與主體的軸線同軸。桿相對于主體可旋轉(zhuǎn)，并且柱塞可以相對于主體軸向移動。軸向位移傳感器定位在柱塞和主體之間以檢測柱塞和主體之間的相對軸向運動并作為響應而產(chǎn)生軸向信號。發(fā)射機可通信地聯(lián)接到軸向位移傳感器，用于將軸向信號發(fā)送到水面。接收機位于水面平臺處且可通信地聯(lián)接到發(fā)射機用于接收水面處的軸向信號，并且操作者界面裝置可通信地聯(lián)接到接收機。操作者界面裝置定位成靠近鉆機的操作者，以便接收機可以將軸向信號發(fā)送到操作者界面用于進一步傳送信號。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，公開了一種用于下入和設置水下井口裝置的方法。該方法提供連接到水下井口裝置的下入工具，下入工具具有聯(lián)接在下入工具內(nèi)用于檢測下入工具相對旋轉(zhuǎn)和位移的編碼器和軸向位移傳感器。該方法接著將下入工具在下入管柱上從水面平臺下入到水下立管，并將水下井口裝置定位在水下井口組件中。該方法接著操作下入工具以將水下裝置設置在水下井口組件中。在操作下入工具的同時，下入工具響應于水下裝置的設置而在編碼器和軸向位移傳感器中產(chǎn)生信號。該方法接著將信號從編碼器和軸向位移傳感器發(fā)送到在鉆機處的顯示器；然后以操作者理解的方式呈現(xiàn)信號。優(yōu)選實施例的優(yōu)點在于:它以實時方式提供在水下井筒中的下入工具位置處的相對轉(zhuǎn)數(shù)和位移的測量。這允許水面平臺的操作者在更大程度上確信將由下入工具設置的水下裝置已正確坐放和設置在井筒中。此外，通過比較下入工具的實際轉(zhuǎn)數(shù)和位移與在水面處施加的相對轉(zhuǎn)數(shù)和位移的測量值，操作者將獲得下入管柱已固定到水下立管的指示。


為了獲得使本發(fā)明的特征、優(yōu)點和目的以及其它將變得顯而易見的方式并使其能被更詳細地了解，以上簡要概述的本發(fā)明的更具體的描述可以參照在附圖中示出的本發(fā)明的實施例而進行，附圖構成本說明書的一部分。然而，應當指出，附圖僅示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并且因此不應視為限制本發(fā)明的范圍，因為本發(fā)明可以允許其它等效實施例。圖1是在井口組件和浮式平臺之間延伸的立管的示意圖。圖2是其中設有下入工具的水下井口組件的示意性剖視圖。圖3是連接到套管懸掛器和套管懸掛器密封件的圖2的下入工具的示意性剖視圖。圖3A是在套管懸掛器密封件和下入工具之間的連接的詳圖。圖3B是在套管懸掛器和下入工具之間的連接的詳圖。圖4A-4H是局部剖視圖和詳圖，示出了將圖3的套管懸掛器坐放和設置在圖2的井ロ組件的高壓外殼中的過程中的操作步驟。圖5是其上安裝有代碼柱的圖3的下入工具的主體的剖視圖。圖5A是圖5的代碼柱和主體的詳圖。圖6是圖3的下入工具的桿的示意圖。圖6A是示出安裝在其上的光源的圖6的桿的詳圖。圖7是其上安裝有軸向位移傳感器的圖3的下入工具的局部剖視示意圖。圖7A是圖7的軸向位移傳感器的安裝的詳圖。圖8、8A和8B是圖3的套管懸掛器密封件的設置的剖面示意圖和詳圖。圖9、9A和9B是圖3的套管懸掛器密封件的設置的剖面不意圖和詳圖。圖10是圖3的下入工具和圖1的水面平臺之間的連通系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將在下文中參照示出本發(fā)明的實施例的附圖更充分地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以多種不同形式具體化，并且不應理解為限制本文闡述的圖示實施例。相反，提供這些實施方式使得對本領域技術人員來說本公開是徹底的和完全的，并且充分表現(xiàn)本發(fā)明的范圍。全文中相同的附圖標記表示相同的元件，并且“’”號(如果使用的話)表示在備選實施例中的類似元件。在以下討論中，闡述了多個具體細節(jié)以提供對本發(fā)明的透徹理解。然而，對本領域的技術人員顯而易見的是，本發(fā)明可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下實踐。另外，一般地，關于鉆井操作、立管上扣和卸扣、井口消耗品的操作和使用等的細節(jié)已被省略，因為這樣的細節(jié)不被視為是獲得對本發(fā)明的全面理解所必需的，并且被視為在相關領域的技術人員的知識范圍內(nèi)。參見圖1，示出了在海底處由立管15連接到井口組件13的浮式鉆井平臺11。諸如套管柱或襯套管柱的管柱17從井口組件13延伸至地下井筒底部(未示出)。立管15使鉆桿(drill pipe) 19能夠從浮式平臺11部署到井口組件13并繼續(xù)進入泥線14以下的管柱17。下入管柱19接收來自位于浮式平臺11上的鉆井裝置的旋轉(zhuǎn)扭矩和向下力或重量。雖然由剛性構件制成，但立管15在其橫跨浮式平臺11和井口組件13之間的距離時不完全保持剛性。立管15由接頭(joint)構成，接頭中的每一個可允許從大致豎直的方向的一些移動。每個接頭的微小移動的組合效應將導致立管15響應于來自浮式平臺11的豎直運動而“彎曲”，該運動是由于水面涌浪23、由水下流21引起的橫向運動和浮式平臺11響應于風25的橫向移動。如圖所示，水下流21、涌浪23和風25使浮式平臺11移動，從而使立管15處于圖1中所示的彎曲位置。下入管柱19不響應于環(huán)境條件而“彎曲”。當其從浮式平臺11穿過立管15到井口組件13，并且然后進入管柱17時，下入管柱19基本上保持剛性。因此，下入管柱19的外徑可以如圖所示在接觸位置27處接觸立管15的內(nèi)徑表面。在這些位置，在浮式平臺11處施加到下入管柱19的旋轉(zhuǎn)扭矩和重量的一部分從下入管柱19傳遞到立管15，從而導致實際施加到井下工具的扭矩和重量小于在水面處所施加的扭矩和重量。此外，下入管柱19的區(qū)段可以相對于彼此扭曲，使得在鉆井平臺11處施加的旋轉(zhuǎn)的一部分可以被下入管柱19的區(qū)段相對于彼此的旋轉(zhuǎn)所消減。如圖2所示，下入工具29在高壓外殼59內(nèi)懸掛在下入管柱19上，以設置諸如套管懸掛器31的水下井口裝置。下入工具29是用來坐放和操作諸如套管懸掛器、油管懸掛器、密封件、井口外殼、生產(chǎn)樹等的水下井口設備的水下工具。例如，下入工具29可以是壓力輔助鉆桿下入工具(PADPRT)，如下文更詳細描述的。下入工具29在下入管柱19上下入到井口組件13內(nèi)的位置，諸如在防噴器(BOP) 33處，或沿管柱17進一步向下，諸如在井口35處,或者甚至進一步到井下。參見圖3，下入工具29示出為聯(lián)接到套管懸掛器31和套管懸掛器密封件33。將套管懸掛器31聯(lián)接到下入工具29的過程可以在水面處以本文所述方式完成。下入工具29包括主體35、桿37、柱塞39、軸承蓋41和下入工具密封件43。套管懸掛器密封件33通過工具和密封件鎖定系統(tǒng)45連接到下入工具29，如圖3A所示。通過分別在套管懸掛器密封件33和下入工具29的內(nèi)徑和外徑上的對應環(huán)形突起之間的過盈配合，工具和密封件鎖定系統(tǒng)45可以將套管懸掛器密封件33固連到下入工具29。下入工具29的下部可下入到套管懸掛器31中，以使得主體35的面朝下的臺肩47接觸套管懸掛器31的面朝上的臺肩49，如圖3B所示。桿37可接著沿第一方向上旋轉(zhuǎn)四圈，以便為下入工具固定系統(tǒng)51充能并用形成于套管懸掛器31的內(nèi)徑上的輪廓55接合下入工具鎖塊53，如圖3B所示。下入工具29和套管懸掛器31可接著通過立管15下入到井口組件13中的位置，如圖2所示。如圖4A所示，下入工具29和套管懸掛器31可坐放在高壓外殼59內(nèi)的承載臺肩57。承載臺肩57可以是如圖4B所示的此前下入的套管懸掛器的上邊緣，或是形成于高壓外殼59的內(nèi)徑中的面朝上的臺肩。一旦坐放，桿37就可以沿第一方向旋轉(zhuǎn)額外的四圈，以從主體35和軸承蓋41釋放桿37，如圖4C所示。桿37的軸向移動將導致聯(lián)接到其上的柱塞39和套管懸掛器密封件33的相應軸向移動。如圖4D所示，桿37、柱塞39和套管懸掛器密封件33可以向下軸向移動,直到套管懸掛器密封件33夾在高壓外殼59和套管懸掛器31之間。下入工具密封件43可在此過程期間被充能到高壓外殼59的內(nèi)徑?？梢詫⒘黧w壓力施加到立管15和下入管柱19之間的環(huán)形空間(如圖4E所示)以使柱塞39進一步向下軸向移動并使套管懸掛器密封件33充能，如圖4F所示。桿37和柱塞39可接著軸向向上拉動，如圖4G所示。可以通過下入管柱19施加桿37的額外的四圈以使下入工具固定系統(tǒng)51去能并從套管懸掛器31的輪廓55脫離下入工具鎖塊53，如圖4H所示。這樣就完成了套管懸掛器31的坐放和設置過程。為了確定套管懸掛器31是否正確地坐放和設置在高壓外殼59內(nèi)，知道下入工具29的部件在此前描述的過程期間的真實轉(zhuǎn)數(shù)和軸向位移是有必要的。參見圖5，下入工具29的主體35將限定桿37 (未示出)可以穿入的中心孔61。代碼柱63可固連到中心孔61內(nèi)的主體37的內(nèi)徑。參見圖5A，代碼柱63為管狀主體，其具有大致等于中心孔61的內(nèi)徑的外徑。代碼柱63限定圍繞代碼柱63的圓周的多個窗口65。每個窗口 65從代碼柱63的內(nèi)徑延伸至代碼柱63的外徑。圍繞代碼柱63的窗口 65的間距可對應于圍繞主體35的圓周的具體旋轉(zhuǎn)位置。每個窗口 65可延伸代碼柱63的長度。代碼柱63可由諸如玻璃或塑料的任何合適的材料形成，以用于本文所述的用途?！獋€或多個光電二極管傳感器67可相對于代碼柱63和主體35的內(nèi)徑放置。在一個實施例中，單個光電二極管傳感器67夾在代碼柱63和中心孔61的內(nèi)徑之間。單個光電二極管傳感器67可通過單個窗口 65僅暴露于中心孔61。在另一個實施例中，多個單獨的光電二極管傳感器67夾在代碼柱63和中心孔61的內(nèi)徑之間。多個單獨的光電二極管傳感器67可通過對應的單獨的窗口 65各自暴露于中心孔61。在又一個實施例中，單個管狀光電二極管傳感器67夾在代碼柱63和中心孔61的內(nèi)徑之間。光電二極管傳感器67將通過每個窗口 65暴露于中心孔61。參見圖6和6A，桿37可包括光源69，其布置在從桿37的外徑徑向向內(nèi)延伸的孔內(nèi)。光源69可以是任何合適的光源、微波、紅外線、可見光、紫外線等，使得光電二極管傳感器67在暴露于來自光源69的光時可產(chǎn)生電信號。光源69將定位成使得當桿37被插入通過主體35時來自光源69的光將徑向向外導向。在圖示實施例中，當桿37被插入主體35的中心孔63時，光源69可以靠近代碼柱63的軸向中心(圖5)。在實施例中，當桿37徑向移動通過主體35時，光源69將不會移動超出代碼柱63的軸向高度?？赏ㄟ^延伸代碼柱63和光電二極管67的軸向高度而提供額外的軸向范圍。光源69可由光源69內(nèi)部的電池供電。在其它實施例中，光源69可由外部電源供電。在圖實施例中，代碼柱63、光電二極管傳感器67和光源69可以統(tǒng)稱為編碼器。在一個實施例中，如上文參照圖4A-4H所述，桿37可相對于主體35旋轉(zhuǎn)。在桿37的旋轉(zhuǎn)期間，光源69可將光從桿37徑向向外導向。本領域的技術人員將理解，光源69可以在水面平臺25上被供電，或者備選地在操作下入工具29之前開啟。在具有通過單個窗口 65曝光的單個光電二極管傳感器67的實施例中，當桿37旋轉(zhuǎn)時，桿37相對于主體35每旋轉(zhuǎn)完整的一周，光源69就對光電二極管傳感器67進行一次曝光。每當光電二極管傳感器67曝光時,光電二極管傳感器67就產(chǎn)生電信號。該電信號可指不桿37相對于主體35的旋轉(zhuǎn)已完成。光電二極管傳感器67可聯(lián)接到控制器，或者進一步聯(lián)接到下文更詳細描述的操作者界面，該界面能記載桿37的轉(zhuǎn)數(shù)或以其它方式指示桿37相對于主體35的轉(zhuǎn)數(shù)。在具有各自通過單獨的對應窗口 65曝光的多個光電二極管傳感器67的實施例中，桿37相對于主體35每旋轉(zhuǎn)一次,光源69就對每個單獨的光電二極管傳感器67進行一次曝光。每當每個單獨的光電二極管傳感器67曝光時，光電二極管傳感器67將產(chǎn)生電信號。每個光電二極管傳感器67將與主體35上的位置相關。光電二極管傳感器67可聯(lián)接到控制器，或者進一步聯(lián)接到下文更詳細描述的操作者界面，該界面能記錄產(chǎn)生電信號的特定光電ニ極管傳感器67。因此，除了桿37相對于主體35的轉(zhuǎn)數(shù)之外，桿37相對于主體35的旋轉(zhuǎn)位置可被檢測和記載或以其它方式提供。這種相關性可以發(fā)送至水面以便為操作者提供桿37的旋轉(zhuǎn)位置或桿37的轉(zhuǎn)數(shù)，如下文更詳細描述的。在具有在主體35的孔61的圓周上延伸的單個光電ニ極管傳感器67的實施例中，光電ニ極管傳感器67通過姆個窗ロ 65曝光,在桿37相對于主體35的姆周旋轉(zhuǎn)期間,光源69將對光電ニ極管傳感器67進行多次曝光。光電ニ極管傳感器67可以可通信地聯(lián)接到控制器或操作者界面裝置，該界面裝置將記錄從桿37相對于主體35的旋轉(zhuǎn)開始起所產(chǎn)生的信號的相對數(shù)?；谧孕D(zhuǎn)開始起所產(chǎn)生的信號總數(shù)，可以將這種信號的記錄與桿37相對于主體35的轉(zhuǎn)數(shù)以及桿37相對于主體35的旋轉(zhuǎn)位置相關聯(lián)。例如，如果存在暴露單個光電ニ極管傳感器67的六個窗ロ 65,那么桿37相對于主體35姆旋轉(zhuǎn)一周,就會產(chǎn)生六個信號。操作者界面裝置可以對每個信號計數(shù)，并在每個信號處指示從桿37的首次旋轉(zhuǎn)開始桿37相對于主體35的旋轉(zhuǎn)的總數(shù)。例如，在將套管懸掛器33固連到下入工具29的同時，桿37將相對于主體37旋轉(zhuǎn)四次。操作者界面裝置可能從桿37的首次旋轉(zhuǎn)開始接收了 21個信號。操作者界面裝置可接著指示已經(jīng)發(fā)生了桿37相對于主體35的總共3.5周旋轉(zhuǎn)。以這種方式，操作者可以了解需要桿37相對于主體35的額外的半周或者一周旋轉(zhuǎn)。該信息可以傳送到水面處，如下文關于圖10所描述的。參見圖7，示出了在主體35的管狀壁中的軸向位移傳感器，在圖示實施例中為線性可變差動轉(zhuǎn)換器(LVDT) 71。軸向位移傳感器可以是能夠檢測主體35和柱塞39之間的軸向位移的任何合適裝置。在圖示實施例中，LVDT 71將包括管73，其包含端對端置于管73周圍的電磁線圏。在一個實施例中，使用三個電磁線圈，中央線圈為一次線圈，并且二次線圈在一次線圈的任ー側上。柱形鐵磁體芯75定位在管73內(nèi)，使得芯75可穿過三個電磁線圏。交流電可從電源(例如，可位于下入工具29內(nèi)的電池、通過電臍帶供應到下入工具的電能等)施加到管73的一次芯。交流電將在兩個二次線圈中的每ー個中感應電壓。當芯75軸向移動通過管73時，芯75將在每個二次線圈中所感應的電壓中引起變化。LVDT 71產(chǎn)生與在兩個二次線圈中感應的電壓中的差值相對應的輸出電壓。當芯75處于中性位置時，輸出電壓將為大約零。因此，當芯75移動通過管73吋，ー個或另ー個二次線圈將感應在輸出電壓中引起變化的更大的電壓。LVDT 71的輸出電壓的大小將對應于芯75的位移的量。芯75將具有響應于柱塞39的軸向運動的可移動的外端。在一個實施例中，芯75的外端可與柱塞39的面朝下的臺肩相互作用。在一個備選實施例中，芯75的外端附連到柱塞39的管狀壁部分。當柱塞39在坐放和設置過程期間軸向向下移動時，芯75將穿過管73的線圈，從而引起可與柱塞39相對于主體35的軸向位置相關聯(lián)的電壓輸出。這種相關性可發(fā)送到水面，以便為操作者提供柱塞39的位移，如下文更詳細描述地。參見圖8和9，當柱塞39在套管懸掛器密封件33的設置期間向下軸向移動時，如上文參照圖4A-4H所述，芯75將軸向向下移動通過管73，從而作為響應產(chǎn)生輸出電壓。例如，如圖8B所示，柱塞39與套管懸掛器密封件33的彈性環(huán)接觸。當柱塞39軸向向下移動，柱塞39通過接合在高壓外殼59的內(nèi)徑和套管懸掛器31的外徑上的鋸齒而使套管懸掛器密封件33的弾性環(huán)對套管懸掛器密封件33充能，如圖9B所示。如圖8A所示，柱塞39的向下移動可導致柱塞39的面朝下的臺肩85接合LVDT 71的芯75的端部。當柱塞39相對于主體35軸向向下移動以設置套管懸掛器密封件31時,面朝下的臺肩85將使芯75移動通過管73，直到面朝下的臺肩85靠近主體35的上邊緣。這將引起LVDT 71的輸出電壓與芯75通過管73的移動的量成比例地變化。該輸出電壓可傳送到水面，如下文更詳細描述地。參見圖10，光電二極管傳感器67和LVDT 71均可以可通信地聯(lián)接到發(fā)射機77。發(fā)射機77可定位在主體35的管狀壁內(nèi)。發(fā)射機77可以是用于在水下環(huán)境中使用的任何合適的數(shù)據(jù)發(fā)射裝置。例如，發(fā)射機77可以是聲發(fā)射機，其能夠接收來自光電二極管傳感器67和LVDT 71的電氣輸入并將電信號轉(zhuǎn)換為聲信號，該聲信號可穿過下入管柱19或循環(huán)通過下入管柱19的鉆探泥漿。由發(fā)射機77所產(chǎn)生的聲信號可被定位在接收機桿81內(nèi)的接收機79所接收，接收機桿81在平臺11處聯(lián)接到下入管柱19。接收機79可接收聲信號并將它們轉(zhuǎn)換回電信號或數(shù)字信號。接收機79可以可通信地聯(lián)接到位于平臺11處的操作者界面裝置83，在操作者界面裝置83處，信號被轉(zhuǎn)換成位于操作者界面裝置83附近的操作者可理解的媒介。操作者界面裝置83可以是任何合適的機構，用于將來自編碼器和LVDT 71的信號傳送給位于平臺11處的操作者。在一個實施例中，操作者界面裝置83為顯示器。在另一個實施例中，操作者界面裝置83為計算裝置，例如，計算機工作站、平板電腦、控制器等，其可以顯示從接收機79接收的信息或?qū)⒃撔畔⒁匀魏魏线m的方式傳送給操作者。在那里，操作者可以解釋信號并調(diào)整操作以增加水面處的額外的旋轉(zhuǎn)或額外的下放(set down)重量或液壓力，以便完成套管懸掛器31的設置。因此，所公開的實施例提供了多個優(yōu)點。例如，它以實時方式提供在水下井筒中的下入工具位置處的相對轉(zhuǎn)數(shù)和位移的測量。這允許水面平臺的操作者在更大程度上確信將由下入工具設置的水下裝置已正確坐放和設置在井筒中。此外，通過比較下入工具的實際轉(zhuǎn)數(shù)和位移與在水面處施加的相對轉(zhuǎn)數(shù)和位移的測量值，操作者將獲得下入管柱已固定到水下立管的指示。應當理解，本發(fā)明可采取許多形式和實施例。因此，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以在上述內(nèi)容中做出若干變型。已經(jīng)通過參照本發(fā)明的優(yōu)選實施例中的某些如此描述了本發(fā)明，應當指出，所公開的實施例在本質(zhì)上為示例性的而不是限制性的，并且在上述公開內(nèi)容中可以想到多種變型、修改、變化和替代形式，而且在一些情況下，本發(fā)明的一些特征可以在沒有其它特征的對應使用的情況下被采用。在閱讀優(yōu)選實施例的上述描述的基礎上，本領域的技術人員可將許多這樣的變型和修改視為明顯的和所期望的。因此，應當理解，應被廣義地且以與本發(fā)明的范圍一致的方式來理解所附權利要求書。
權利要求
1.種用于下入和設置水下井口部件的系統(tǒng)，包括: 下入工具，其具有用于聯(lián)接到下入管柱的上端，所述下入工具適于運送和設置所述水下井口部件； 其中，所述下入工具具有主體、具有軸線的桿以及圍繞所述主體的柱塞，所述桿穿過所述主體； 其中，所述桿相對于所述主體可旋轉(zhuǎn)，并且所述柱塞可相對于所述主體軸向移動以設置所述水下井口部件； 編碼器，其定位在所述桿和所述主體之間且用于檢測所述桿和所述主體之間的相對旋轉(zhuǎn); 軸向位移傳感器，其定位在所述柱塞和所述桿之間以檢測所述柱塞和所述主體之間的相對軸向運動； 發(fā)射機，其可通信地聯(lián)接到所述編碼器和所述軸向位移傳感器； 接收機，其可通信地聯(lián)接到所述發(fā)射機，所述接收機適于定位在水面平臺處； 操作者界面裝置，其可通信地聯(lián)接到所述接收機且適于定位在所述水面平臺上；并且其中，所述編碼器和所述軸向位移傳感器分別將與相對轉(zhuǎn)數(shù)和位移有關的信息傳送到所述發(fā)射機，所述發(fā)射機將所述信息傳送到所述接收機，并且所述接收機將所述信息傳送到所述操作者界面裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述軸向位移傳感器包括: 管，其定位在所述主體內(nèi)，所述管具有至少ー個電磁線圈；以及 鐵磁體芯，其部分地定位在所述管內(nèi)，使得通過所述管的芯的移動產(chǎn)生電氣輸出； 其中，所述芯的端部與所述柱塞相互作用以響應于所述柱塞的軸向位移而移動；并且其中，用于為可釋放地固連到所述下入工具的套管懸掛器密封件充能的柱塞相對于所述主體的軸向移動將使所述芯移動通過所述管,從而產(chǎn)生傳達所述柱塞相對于所述主體的軸向位移的量的輸出信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述編碼器包括: 光源，其定位在所述桿上，使得所述光源可徑向向外導向光；以及 代碼柱，其定位在所述主體的內(nèi)徑上，使得所述代碼柱可暴露于由所述光源產(chǎn)生的光以生成旋轉(zhuǎn)信號。
4.根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于: 在所述代碼柱和所述主體之間放置有光電ニ極管； 所述代碼柱限定多個窗ロ，所述多個窗ロ允許來自所述光源的光穿過所述代碼柱以使所述光電ニ極管暴露于所述光源；并且 在所述桿相對于所述主體的旋轉(zhuǎn)期間，所述光電ニ極管交替地暴露于所述光源和被擋離所述光源。
5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述編碼器記錄所述桿相對于所述主體的旋轉(zhuǎn)數(shù)。
6.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，發(fā)射機為聲發(fā)射機，并且所述接收機為聲接收機。
7.一種用于下入和設置水下井口部件的系統(tǒng)，包括:下入工具，其具有用于聯(lián)接到下入管柱的上端，所述下入工具適于運送和設置所述部件； 其中，所述下入工具具有主體、穿過所述主體的桿和圍繞所述主體的柱塞； 其中，所述主體、所述桿和所述柱塞與所述主體的軸線同軸； 其中，所述桿相對于所述主體可旋轉(zhuǎn)，并且所述柱塞可相對于所述主體軸向移動；編碼器，其定位在所述桿和所述主體之間以檢測所述桿和所述主體之間的相對旋轉(zhuǎn)并作為響應而生成旋轉(zhuǎn)信號； 發(fā)射機，其可通信地聯(lián)接到所述編碼器以用于將所述旋轉(zhuǎn)信號發(fā)送到水面平臺；接收機，其適于定位在所述水面平臺處且可通信地聯(lián)接到所述發(fā)射機以用于在所述水面處接收所述旋轉(zhuǎn)信號； 操作者界面裝置，其可通信地聯(lián)接到所述接收機；并且 其中，所述操作者界面裝置適于定位成靠近鉆機的操作者，以使得所述接收機可將所述旋轉(zhuǎn)信號發(fā)送到所述操作者界面裝置。
8.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 軸向位移傳感器，其適于檢測所述柱塞和所述主體之間的相對軸向運動并作為響應而生成軸向信號；并且 所述軸向位移傳感器可通信地聯(lián)接到所述發(fā)射機用于將所述軸向信號通過所述接收機發(fā)送到所述操作者界面裝置。
9.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述編碼器包括: 光源，其定位在所述桿上，使得所述光源可徑向向外導向光；以及 代碼柱，其定位在所述主體的內(nèi)徑上，使得所述代碼柱可暴露于由所述光源產(chǎn)生的光以生成旋轉(zhuǎn)信號。
10.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于: 所述代碼柱限定多個窗口，所述多個窗口允許來自所述光源的光穿過所述代碼柱到所述代碼柱之后的表面； 在所述主體的內(nèi)徑表面上放置有光電二極管；并且 在所述桿相對于所述主體的旋轉(zhuǎn)期間，所述光電二極管通過所述代碼柱的多個窗口而交替地暴露于所述光源和被擋離所述光源。
11.一種用于下入和設置水下井口部件的系統(tǒng)，包括: 下入工具，其具有用于聯(lián)接到下入管柱的上端，所述下入工具適于運送和設置所述部件； 其中，所述下入工具具有主體、穿過所述主體的桿和圍繞所述主體的柱塞； 其中，所述主體、所述桿和所述柱塞與所述主體的軸線同軸； 其中，所述桿相對于所述主體可旋轉(zhuǎn)，并且所述柱塞可相對于所述主體軸向移動； 軸向位移傳感器，其定位在所述柱塞和所述主體之間以檢測所述柱塞和所述主體之間的相對軸向運動并作為響應而生成軸向信號； 發(fā)射機，其可通信地聯(lián)接到所述軸向位移傳感器用于將所述軸向信號發(fā)送到水面；接收機，其位于所述水面平臺處且可通信地聯(lián)接到所述發(fā)射機用于在所述水面處接收所述軸向信號；操作者界面裝置，其可通信地聯(lián)接到所述接收機；并且 其中，所述操作者界面裝置定位成靠近鉆機的操作者，使得所述接收機可將所述軸向信號發(fā)送到所述操作者界面以用于進ー步傳送所述信號。
12.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述軸向位移傳感器包括: 管，其定位在所述主體內(nèi)，所述管具有至少ー個電磁線圈； 鐵磁體芯，其部分地定位在所述管內(nèi)，使得通過所述管的芯的移動產(chǎn)生電氣輸出； 其中，所述芯的端部與所述柱塞相互作用以響應于所述柱塞的軸向移動而移動；并且其中，用于為可釋放地固連到所述下入工具的套管懸掛器密封件充能的所述柱塞相對于所述主體的軸向移動將使所述芯移動通過所述管，從而生成傳達所述柱塞相對于所述主體的軸向位移的量的軸向信號。
13.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括編碼器，其定位在所述桿和所述主體之間以檢測所述桿和所述主體之間的相對旋轉(zhuǎn)并作為響應而生成旋轉(zhuǎn)信號以用于通過所述發(fā)射機和所述接收機而傳送到所述操作者界面裝置。
14.根據(jù)權利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述編碼器包括: 光源，其定位在所述桿上，使得所述光源可徑向向外導向光；以及 代碼柱，其定位在所述主體的內(nèi)徑上，使得所述代碼柱可暴露于由所述光源產(chǎn)生的光以生成旋轉(zhuǎn)信號。
15.根據(jù)權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于: 所述代碼柱限定多個 窗ロ，所述多個窗ロ允許來自所述光源的光穿過所述代碼柱到所述代碼柱之后的表面； 在所述主體的內(nèi)徑表面上放置有光電ニ極管；并且 在所述桿相對于所述主體的旋轉(zhuǎn)期間，所述光電ニ極管通過所述代碼柱的多個窗ロ而交替地暴露于所述光源和被擋離所述光源。
16.一種用于下入水下井口裝置的方法，包括: (a)提供連接到所述水下井口裝置的下入工具，所述下入工具具有編碼器和軸向位移傳感器，所述編碼器和軸向位移傳感器聯(lián)接到下入工具內(nèi)以用于檢測下入工具的相對旋轉(zhuǎn)和位移； (b)將所述下入工具在下入管柱上從水面平臺下入到水下立管，并將所述水下井口裝置定位在水下井口組件中； (c)操作所述下入工具以將所述水下裝置設置在所述水下井口組件中； (d)響應于所述水下裝置的設置而在所述編碼器和所述軸向位移傳感器中生成信號; (e)將來自所述編碼器和所述軸向位移傳感器的信號發(fā)送到在所述鉆機處的顯示器；然后 (f)以操作者所理解的方式呈現(xiàn)所述信號。
17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其特征在于，步驟(c)包括旋轉(zhuǎn)所述下入管柱以使所述下入工具的桿相對于所述下入工具的主體旋轉(zhuǎn)，以便在所述編碼器中生成信號。
18.根據(jù)權利要求16所述的方法，其特征在于，步驟(c)包括沿所述立管管柱向下施加液壓カ以使所述下入工具的柱塞相對于所述下入工具的主體軸向移動，以便在所述軸向位移傳感器中生成信號。
19.根據(jù)權利要求16所述的方法，其特征在于，還包括: 在海面以上的位置處將接收機連接到所述下入管柱中；其中 步驟(e)包括以聲音方式發(fā)送所述信號到所述接收單元。
20.根據(jù)權利要求19所述的方法，其特征在于，以聲音方式發(fā)送所述信號包括通過所述下入管柱的管發(fā)送 所述信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及水下下入工具中的相對轉(zhuǎn)數(shù)和位移的測量。更具體而言，本發(fā)明涉及一種下入工具響應于水下井口裝置的設置而產(chǎn)生信號，該信號對應于下入工具在水下井口中的實際旋轉(zhuǎn)和位移。下入工具包括編碼器，其產(chǎn)生與下入工具的桿相對于下入工具的主體的轉(zhuǎn)數(shù)相對應的信號。下入工具還包括軸向位移傳感器，其產(chǎn)生與下入工具的柱塞相對于主體的軸向位移相對應的信號。該信號使用位于下入工具上的發(fā)射機和定位成靠近水面處的鉆井平臺的聲接收機而傳送到水面。該信號從接收機傳送到操作者界面裝置以用于以操作者理解的方式進一步傳送。
文檔編號E21B47/00GK103089238SQ201210419798
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月29日 優(yōu)先權日2011年10月27日
發(fā)明者L.A.佩魯奇, F.K.科巴塔, P.P.阿爾法諾, R.R.艾蒙, S.L.阿戈斯丁霍 申請人:韋特柯格雷公司