本文公開的主題大體上涉及防噴器，并且更具體地涉及防噴器的監(jiān)測構(gòu)件。

背景技術(shù)：

常規(guī)防噴器(BOP)包括一個或多個密封元件(例如，環(huán)形封隔器或封隔單元)，其例如構(gòu)造成產(chǎn)生圍繞井用工具(例如，鉆桿)的密封和/或在被促動時完全密封井孔。此類密封元件通常由工藝相容的彈性體材料制成。然而，此彈性體材料例如由于材料損失、老化引起的性質(zhì)變化(例如，彈性、剛性等)而經(jīng)歷退化，從而具有有限的使用壽命。此退化可導(dǎo)致防噴器的災(zāi)難性故障。

因此，密封元件的頻繁維護和檢查和/或更換以基于預(yù)定時間的計劃進行。然而，發(fā)明人觀察到，此基于時間的計劃相對于密封元件的使用壽命并不準確，從而可能導(dǎo)致密封元件的潛在過早故障的漏檢測或作為備選的功能密封元件的過早替換，導(dǎo)致較高的成本和浪費。

因此，發(fā)明人提供了一種用于監(jiān)測密封元件的改進的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本文提供了用于監(jiān)測密封元件的方法的實施例。

在一些實施例中，一種用于監(jiān)測防噴器的密封元件的方法可包括將流體提供至設(shè)置在防噴器內(nèi)的腔室以促動設(shè)置在腔室內(nèi)的活塞，其中活塞的促動引起密封元件的內(nèi)徑的減??；經(jīng)由傳感器測量流體的一個或多個參數(shù)；從傳感器接收關(guān)于一個或多個參數(shù)的數(shù)據(jù)；使用關(guān)于一個或多個參數(shù)的數(shù)據(jù)來確定密封元件的剛度；以及通過將密封元件的確定的剛度與已知數(shù)據(jù)分布比較來確定密封元件的退化量。

在一些實施例中，一種具有儲存在其上的指令的計算機可讀介質(zhì)，指令在執(zhí)行時引起執(zhí)行用于監(jiān)測防噴器的密封元件的方法，其中該方法可包括將流體提供至設(shè)置在防噴器內(nèi)的腔室以促動設(shè)置在腔室內(nèi)的活塞，其中活塞的促動引起密封元件的內(nèi)徑的減?。唤?jīng)由傳感器測量流體的一個或多個參數(shù)；從傳感器接收關(guān)于一個或多個參數(shù)的數(shù)據(jù)；使用關(guān)于一個或多個參數(shù)的數(shù)據(jù)來確定密封元件的剛度；以及通過將密封元件的確定的剛度與已知數(shù)據(jù)分布比較來確定密封元件的退化量。

本發(fā)明的實施例的前述和其它特征將參照附圖和詳述的說明來進一步理解。

附圖說明

在上文中簡要概述且在下文中更詳細論述的本發(fā)明的實施例可通過參照附圖中所示的本發(fā)明的示范性實施例來理解。然而，將注意到的是，附圖僅示出了本發(fā)明的典型實施例，且因此不認作是限制范圍，因為本發(fā)明可允許其它同樣有效的實施例。

圖1為適于結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的創(chuàng)造性方法使用的示例性防噴器的一部分的截面視圖。

圖2繪出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的用于監(jiān)測密封元件的方法。

為了便于理解，在可能的情況下將使用相同的參考標(biāo)號來表示附圖中共同的等同元件。附圖并未按比例繪制，且可為了清楚起見來簡化?？蓸?gòu)想出一個實施例的元件和特征可有利地并入并未進一步闡述的其它實施例。

具體實施方式

本文公開了用于監(jiān)測密封元件的方法的實施例。創(chuàng)造性方法有利地便于監(jiān)測防噴器的構(gòu)件(例如，密封元件、環(huán)形封隔單元等)，從而改善鉆孔操作可用性和可靠性、維護靈活性和響應(yīng)能力，且降低維護成本。

圖1為適用于結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的創(chuàng)造性方法使用的示例性防噴器(環(huán)形封隔單元或封隔單元)100的一部分的截面視圖。在一些實施例中，環(huán)形封隔單元100大體上包括殼體102、可移除的頭部110、密封元件112和活塞106。

殼體102包括內(nèi)腔148，其限定井孔132的至少一部分。內(nèi)腔148/井孔132可具有適合便于鉆孔和/或泵送操作的任何大小。例如，在一些實施例中，井孔132可尺寸確定成容納鉆桿、井用工具等。在一些實施例中，環(huán)形通道152可形成在殼體102的一部分中。在存在時，通道152可構(gòu)造成容納活塞106。

在一些實施例中，活塞106大體上包括具有成角度的面(楔形面)108的本體154。在此實施例中，成角度的面108可構(gòu)造成在活塞106被促動時施加力到密封元件112上，例如，如，下文在環(huán)形封隔單元100的示例性操作中所述。在一些實施例中，在設(shè)置在通道152中時，活塞106可將通道152的一部分與通道152的另一部分隔離，以在通道152內(nèi)形成第一腔室150和第二腔室116。

在一些實施例中，一個或多個端口(示出了第一端口134和第二端口136)可設(shè)置成穿過殼體102的一部分，以將第一流體源138流通地聯(lián)接到第一腔室150上。在存在時，一個或多個端口允許來自第一流體源138的流體提供在活塞106上方(經(jīng)由第一端口134)或下方(經(jīng)由第二端口136)，以便于沿平行于封隔單元100的中心軸線144的方向促動活塞106。在一些實施例中，一個或多個閥(示出了第一閥140和第二閥142)可設(shè)置在第一端口134和第二端口136中的各個與流體源135之間，以允許來自流體源138的流體有選擇地提供至一個或多個端口。

第一流體源138可構(gòu)造成提供適于便于促動如本文所述的活塞106的任何流體。例如，在一些實施例中，第一流體源138可構(gòu)造成提供不可壓縮流體或液壓流體，例如，水、油、酒精、酯類、硅酮等。如本文使用的用語"不可壓縮"意思是具有大約100000psi或更大的體積彈性模量的流體。然而，將注意到，具有相對較低的體積彈性模量的可壓縮流體(例如，空氣、氮等)也可使用，且可取決于特定應(yīng)用而改變。

在一些實施例中，一個或多個傳感器(示出了一個傳感器120)可流通地聯(lián)接到通道152的一部分上，以便于監(jiān)測通道152內(nèi)的流體(例如，上述不可壓縮或液壓的流體)的一種或多種性質(zhì)(例如，流速、壓力等)。通過監(jiān)測一個或多個性質(zhì)，發(fā)明人觀察到，可估計或確定在活塞106被促動時活塞106的位移或活塞106的力。傳感器120可為適用于監(jiān)測設(shè)置在通道152內(nèi)的流體的一個或多個性質(zhì)(例如，流速、壓力、負載等)的任何類型的傳感器。例如，在一些實施例中，傳感器120可為流量計、壓力換能器等。

傳感器120可在適用于監(jiān)測一個或多個性質(zhì)的任何位置上聯(lián)接到通道152上。例如，在一些實施例中，傳感器120可經(jīng)由第三端口160流通地聯(lián)接到第二腔室116上，以在活塞106被促動時監(jiān)測設(shè)置在第二腔室116中的流體的一個或多個性質(zhì)。在此實施例中，第二流體源146可聯(lián)接到第三端口160上，以提供流體或允許流體在活塞106被促動時從第二腔室116排出。作為備選或組合地，傳感器可聯(lián)接到第一端口134和/或第二端口136上，以監(jiān)測設(shè)置在第一腔室150中的流體的一個或多個性質(zhì)，例如，如156處的影線所示。

在一些實施例中，控制器124可聯(lián)接到傳感器120上，以便于執(zhí)行如本文所述的方法?？刂破?24可為任何形式的通用計算機處理器，其可在工業(yè)環(huán)境中使用來用于控制各種腔室和子處理器。存儲器126或CPU128的計算機可讀介質(zhì)可為一種或多種容易獲得的存儲器，如，隨機存儲存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、軟盤、硬盤或本地或遠程的任何其它形式的數(shù)字儲存器。支持電路130聯(lián)接到CPU128上來用于以常規(guī)方式支持處理器。這些電路包括高速緩存、電源、時鐘電路、收入/輸出電路和子系統(tǒng)等。本文所述的創(chuàng)造性方法大體上儲存在存儲器126中作為軟件例行程序。軟件例行程序也可由第二CPU(未示出)儲存和/或執(zhí)行，其遠離由CPU128控制的硬件。

可移除的頭部110可移除地聯(lián)接到殼體102上，且作用為限制或防止活塞106被促動期間密封元件112的垂直移動。在一些實施例中，可移除的頭部110包括形成為穿過可移除的頭部110的通孔118來進一步限定井孔132。

密封元件112可為例如適用于產(chǎn)生圍繞井用工具(例如，鉆桿)的密封和/或在促動時完全密封井孔的任何類型的密封元件，例如，封隔器元件、環(huán)形封隔器等。密封元件112可包括在期望應(yīng)用中提供上述密封的任何形狀，且可取決于封隔單元100的其它構(gòu)件的尺寸和/或形狀而改變。例如，在一些實施例中，如圖1中所示，密封元件112可為大致環(huán)形，具有開孔158，開孔158大體上與由殼體102和/或可移除的頭部110限定的井孔132同心。

密封元件112可至少部分地由與期望應(yīng)用的處理條件相容的任何彈性體材料制成。例如，在一些實施例中，密封元件112可由聚合物制成，如，橡膠化合物、硅酮等。在密封元件112由橡膠化合物制成的實施例中，化合物可基于任何適合的橡膠化合物，例如，如，基于丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠、天然橡膠、丁基橡膠、碳氟橡膠、全氟橡膠、硅酮橡膠、聚氨酯橡膠、聚氨基甲酸酯橡膠、丁二烯橡膠、氯丁橡膠、氯丙橡校、硅酮橡膠、三元乙丙橡膠、聚丙烯酸酯橡膠等的化合物?？芍辽俨糠只诳蛇m于適應(yīng)特定應(yīng)用的性質(zhì)來選擇橡膠化合物。在一些實施例中，密封元件112還可包括其它構(gòu)件，以便于密封元件112的操作，例如，金屬插入物(未示出)等。

在封隔單元100的示例性操作中，活塞106的促動且因此密封元件112的內(nèi)徑122的減小或擴大可通過在活塞106上方或下方提供不可壓縮或液壓流體來促進，以便于促動活塞106。例如，為了升高活塞106，不可壓縮或液壓流體可從第一流體源138經(jīng)由第二端口136提供至第一腔室150內(nèi)的活塞106下方的區(qū)域。提供流體引起活塞在平行于封隔單元100的中心軸線144的平面中朝可移除的頭部110移動。此移動引起活塞106的面108將力施加到密封元件112上，從而引起密封元件112朝封隔單元100的中心軸線144向內(nèi)壓縮，從而減小密封元件112的內(nèi)徑122。內(nèi)徑122可以此方式減小適于產(chǎn)生圍繞井用工具(例如，鉆桿)的密封和/或完全密封井孔132的任何量。

在另一個實例中，不可壓縮或液壓流體可從第一流體源138經(jīng)由第一端口134提供至第一腔室150內(nèi)的活塞106上方的區(qū)域。提供流體引起活塞在平行于封隔單元100的中心軸線144的平面中移離可移除的頭部110。此移動引起活塞106的面108減小對密封元件112的力，從而引起密封元件112遠離封隔單元100的中心軸線144膨脹，從而增大密封元件112的內(nèi)徑122。

在如上文所述的封隔單元100的操作的任一變型中，傳感器120可監(jiān)測在活塞106被促動之前、期間或之后在通道152內(nèi)的流體的流速或壓力。

發(fā)明人觀察到，用于制造防噴器的密封元件(例如，上述密封元件112)的彈性材料(例如，上文所述的彈性體材料)例如由于材料損失、老化引起的性質(zhì)變化(例如，彈性、剛性等)而經(jīng)歷退化，從而具有有限的使用壽命。此退化可導(dǎo)致防噴器的災(zāi)難性故障。發(fā)明人進一步觀察到，由于不存在監(jiān)測密封元件的健康的當(dāng)前機構(gòu)，故密封元件的頻繁維護和檢查和/或替換以預(yù)定時間計劃進行。然而，此基于時間的計劃關(guān)于預(yù)測或識別密封元件的可用的剩余壽命不準確，因此可能導(dǎo)致密封元件的潛在過早故障的漏檢測或作為備選的功能密封元件的過早替換，導(dǎo)致較高的成本和浪費。此外，密封元件的不需要的維護和檢查引起頻繁停機，從而降低了鉆孔操作的效率。

因此，發(fā)明人提供了一種用于監(jiān)測密封元件的方法。參看圖2，在一些實施例中，方法200可在202處開始，在該處，流體提供至設(shè)置在防噴器內(nèi)的腔室，以促動設(shè)置在腔室內(nèi)的活塞。防噴器可為具有能夠促動的活塞且構(gòu)造成便于至少部分閉合或密封井孔的任何類型的防噴器，例如，如，上述封隔單元100。在一些實施例中，促動活塞引起密封元件的內(nèi)徑減小，例如，如，如上文所述的封隔單元100的示例性操作中的密封元件112的內(nèi)徑122的減小。

接下來，在204處，流體的一個或多個參數(shù)可經(jīng)由傳感器測得。在202處，可相對于活塞的促動在任何時間測量一個或多個參數(shù)，例如，如，活塞的促動之前、期間或之后。此外，如下文所示，適于便于確定密封元件的退化量的任何數(shù)目的測量都可進行。

例如，如下文所述，一個或多個參數(shù)可反映適用于提供密封元件的退化量的指示的任何流體性質(zhì)。例如，在一些實施例中，一個或多個參數(shù)可為腔室內(nèi)的流體的壓力、流體在其流入腔室中時的流速，或腔室中的流體的體積中的至少一者。

傳感器可為適用于測量一個或多個參數(shù)的任何類型的傳感器，例如，如，流量計、壓力換能器、側(cè)壓元件、它們的組合等。傳感器可以以適用于測量一個或多個參數(shù)的任何方式定位。例如，在一些實施例中，傳感器可流通地聯(lián)接到腔室上，如，上文所述的封隔單元100的傳感器120。

接下來，在206處，可接收關(guān)于一個或多個參數(shù)的數(shù)據(jù)。如下文所述，數(shù)據(jù)可由適用于允許數(shù)據(jù)監(jiān)測的任何適合的裝置接收到，以便于確定密封元件的退化量。例如，在一些實施例中，數(shù)據(jù)可由計算機或控制器接收到，如，上文所述的控制器124。

接下來，在208處，可使用關(guān)于一個或多個參數(shù)的數(shù)據(jù)來確定密封元件的退化量。

數(shù)據(jù)可以以適于便于確定密封元件的退化量的任何方式來使用。例如，發(fā)明人觀察到，前述參數(shù)(例如，流體的流速和壓力)表示活塞被促動時的活塞位移或活塞的力。例如，流體的流速可用于確定在活塞被促動時隨時間變化的活塞位移。流速與活塞位移之間的此關(guān)系可由以下示出：

其中d為活塞位移，t為時間，A為活塞面積，且為由流量計測得的流速。此外，腔室內(nèi)的流體的壓力可用于確定活塞被促動時的活塞力。流體的壓力與活塞力之間的此關(guān)系可由以下示出：

其中A為活塞面積，P_c為閉合壓力，且P_o為開啟壓力。

發(fā)明人觀察到，活塞位移和活塞力可用于確定密封元件的退化量。例如，活塞力對活塞位移的曲線的斜率表示密封元件的剛度的量度。因此，活塞力對位移的曲線的斜率的變化表示密封元件的剛度的變化，且因此提供了關(guān)于密封元件的退化的信息。因此，通過測量流體的一個或多個參數(shù)，發(fā)明人觀察到可確定密封元件的退化量。

發(fā)明人觀察到，使用如本文所述的密封元件的剛度和/或其變化有利地提供了相比于例如監(jiān)測和比較單個測量參數(shù)(例如，流速、壓力等)更準確的密封元件退化量的指示。

在一些實施例中，密封元件的退化量可通過將測得的參數(shù)或計算的數(shù)據(jù)(例如，如上文所述的活塞力、活塞位移、剛度)與從之前在相同或類似密封元件的執(zhí)行的測量和/或之前在密封元件材料上執(zhí)行的模擬/測試獲得的其它密封元件分布相比較來確定。通過進行這樣的比較，發(fā)明人觀察到，可確定破壞的存在或破壞的一個或多個性質(zhì)。

例如，密封元件的平均測量剛度的比較可與從之前測量的密封元件獲得的基準相比較來提供破壞可存在于密封元件內(nèi)的定性指示(例如，"破壞檢測")。在另一個實例中，存在于密封元件內(nèi)的破壞位置可通過跟蹤測得的活塞力對活塞位移的曲線的較大部分和定位在活塞促動循環(huán)中測得的活塞力對活塞位移的曲線顯著地偏離之前測得的活塞力對活塞位移的曲線的位置來獲得(例如，"破壞評估")。在另一個實例中，存在于密封元件中的破壞類型可通過將密封元件的測得的剛度曲線與相同或類似破壞的密封元件的之前測得的剛度曲線相比較來獲得(例如，"破壞分類")。在另一個實例中，密封元件的剩余使用壽命可通過將上述破壞評估與之前失效的密封元件的破壞評估相比較來確定(例如，"破壞預(yù)知"或"壽命估計")。

在一些實施例中，一個或多個之前執(zhí)行的模擬/測試可執(zhí)行為確定任何故障機制。例如，在一些實施例中，一個或多個之前執(zhí)行的模擬/測試可執(zhí)行為確定以下的一個或多個：撕破引起的橡膠損失(例如，達到100%損失)、密封元件材料的化學(xué)退化(例如，使密封元件材料在不同的濃度和/或時間經(jīng)歷一種或多種化學(xué)制品來確定從無退化到完全退化的退化量)、設(shè)置在密封元件內(nèi)的金屬插入物的斷開(達到金屬插入物與密封元件的完全斷開)、設(shè)置在密封元件內(nèi)的塑料插入物的變形(例如，達到大約50%的塑性應(yīng)變引起的變形)、材料磨損(例如，由沒有磨損到大約10英寸或更大的磨損引起的故障)、材料的開裂、材料蠕變等。作為備選或組合地，模擬可包括一個或多個測試來確定以下材料性質(zhì)中的一個或多個：單軸張力、單軸壓縮、剪切、雙軸張力、體積壓縮、應(yīng)力釋放、伸長。上文列出的模擬中的任何都可在變化的溫度和/或壓力狀態(tài)下執(zhí)行，例如，如，大約-50℉到500℉的溫度，以及大約0psi到25000psi的壓力。

在一些實施例中，可儲存測得的一個或多個參數(shù)、關(guān)于一個或多個參數(shù)的數(shù)據(jù)和密封元件的確定量的退化中的至少一者，因此便于構(gòu)成可用于確定隨后使用的密封元件的退化量的庫。此庫可儲存在任何適合的介質(zhì)中，例如，上述控制器124的計算機可讀介質(zhì)。

在208處監(jiān)測數(shù)據(jù)之后，方法200大體上結(jié)束，且可基于208處確定的密封元件的退化量來作出執(zhí)行維護和/或替換密封元件的決定。例如，如果測試元件的退化量為落入可預(yù)測的故障的預(yù)定閾值內(nèi)的大小，則可在防噴器上執(zhí)行維護來替換密封元件。

因此，提供了用于監(jiān)測密封元件的方法的實施例。在至少一個實施例中，本發(fā)明的方法可有利地改善鉆孔操作的可用性和可靠性，改善維護靈活性和響應(yīng)能力，且降低鉆孔設(shè)備的維護成本。

本文公開的范圍是包括性的且可組合(例如，"大約0psi到大約25000psi"的范圍包括端點和"大約0psi到大約25000psi"的范圍的所有中間值，等)。"組合"包括摻混物、混合物、合金、反應(yīng)產(chǎn)物等。此外，用語"第一"、"第二"等這里并不表示任何順序、量或重要性，而是用于將一個元件與另一個區(qū)分開，且用語"一個"和"一種"這里并不表示數(shù)量限制，而是表示至少一個提到的物件的存在。結(jié)合數(shù)量使用的修飾語"大約"包括指定值，且具有由上下文指出的意義(例如，包括與特定數(shù)量的測量相關(guān)聯(lián)的誤差程度)。如本文使用的后綴"(一個或多個)"旨在包括其修飾的單數(shù)和復(fù)數(shù)個項目，從而包括一個或多個該項目(例如，顏料(一種或多種)包括一種或多種顏料)。說明書各處提到的"一個實施例"、"一些實施例"、"另一個實施例"、"實施例"等意思是連同實施例所述的特定元件(例如，特征、結(jié)構(gòu)和/或特點)包括在本文所述的至少一個實施例中，且可或可不存在于其它實施例中。此外，將理解的是，所述元件可在各種實施例中以任何適合的方式組合。

盡管參照示例性實施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，可制作出各種變化且等同物可替換其元件，而并未脫離本發(fā)明的范圍。此外，可制作出許多改型來使特定情形或材料適于本發(fā)明的教導(dǎo)內(nèi)容，而不脫離其基本范圍。因此，期望本發(fā)明不限于公開為針對執(zhí)行本發(fā)明構(gòu)想的最佳模式的特定實施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實施例。