[发明专利]用于监测和控制不压井起下作业卡瓦的系统和方法

说明书

技术领域

本申请涉及用于监测和控制在修井、完井、钻井、和油井维修设备、特别是不压井起下作业设备中载荷支承部件的接合及载荷转移的系统和方法。

背景技术

修井、完井、钻井设备用于将管道进给到地下井内以及从地下井取出。比如，如已知的那样，在采油采气工业中不压井起下作业设备用于便于进入处于压力下的井中。不压井起下作业设备在控制处于压力下的井时操纵着各种管状部件(如管道、管、及井底钻具组件)进入和离开井。传统的不压井起下作业设备包括固定卡瓦和游动卡瓦，这些卡瓦被相继地操作以便使管件穿过井口移进井内以及移出井，尽管可能存在促使管件落入井中的重型管件载荷(“使管道加重(pipe heavy)”)或者作用在管件上促使管件从井出来的由储藏压力生成的力(“使管道减轻(pipe light)”)。

当不压井起下作业进井或者出井时，过渡或“平衡点”发生在使管道减轻和使管道加重之间，其中管道重量和由井施加的、作用在管柱的横截面上的提升力基本相等。因此，几百英尺的管道能以最小的作用力运动。

不压井起下作业通常由操作者手动控制，当不压井起下作业进井或者出井时，该操作者相继地启动游动卡瓦和固定卡瓦。不压井起下作业卡瓦是载荷支承部件，且依靠摩擦来限制管件或管柱。然而，对于操作者而言，在转移载荷到另一套载荷支承部件之前，意外地释放一套载荷支承部件是常见的。这样的错误可致使管柱落下或弹射出，从而使得员工处于危险境地并且损害设备。

因此，本领域中需要减轻现有技术中的困难的方法和系统。

发明内容

本发明涉及用于监测和控制在修井、完井、钻井和油井维修设备中载荷支承部件的接合和载荷转移的系统和方法。在没有限制的情况下，在一个实施方式中，该设备包括不压井起下作业装置。

一方面，本发明包括用于监控和控制具有第一和第二载荷支承部件的修井机，所述第一和第二载荷支承部件先后地操作以便接合管道并使管道运动到井内或者运动到井外，该系统包括：

a)与第一载荷支承部件相联的第一致动传感器以及与第二载荷支承部件相联的第二致动传感器，其中致动传感器直接或间接地检测载荷支承部件在管道上的接合；以及

b)控制系统，所述控制系统可操作地与第一和第二致动传感器连接且适于接收来自传感器的输入信号，并且其配置为执行包括以下步骤的方法：当将管柱载荷从一个载荷支承部件转移到另一个载荷支承部件时，在完全释放或允许完全释放相对的载荷支撑部件之前确认第一或第二载荷支承部件已经与管道接合。

在一个实施方式中，修井机为不压井起下作业设备，且第一和第二载荷支承部件包括固定卡瓦和游动卡瓦。

在一个实施方式中，第一和第二致动传感器均包括确定卡瓦位置的位置传感器，其中卡瓦可在与管道接合的第一位置以及与管道解开的第二位置之间运动。在另一个实施方式中，第一和第二致动传感器均包括确定卡瓦载荷状态的载荷传感器。如果卡瓦负荷，这意味着卡瓦已经与管道接合。相反，如果卡瓦没有负荷，卡瓦没有与管道接合。优选地，该系统对于每一套卡瓦包括位置传感器和载荷传感器。

控制系统适于处理输入信号以便提供位置和载荷状态的测量，且比较测量值与预定值，其中如果测量值等于预定值，游动卡瓦或固定卡瓦的位置和载荷状态得到确认。

在一个实施方式中，位置传感器检测卡瓦运动部分的位置或者致动卡瓦的液压缸活塞杆的位置。在一个实施方式中，位置传感器包括测量用于给液压缸供以能量的液压流体流的流量计。

在一个实施方式中，载荷传感器包括气囊式传感器、液压囊式传感器、电子测压元件、液压测压元件或应变仪。在一个实施方式中，载荷传感器还包括压力传感器。

在另一个实施例中，本发明包括利用具有第一和第二载荷支承部件的修井机使管道行进的方法，所述第一和第二载荷支承部件先后地操作以将管道运动到井眼内或者运动到井眼外所述方法包括以下步骤：

(a)使管道与第一载荷支承部件接合，并使第二载荷支承部件运动到第一位置；

(c)使管道与第二载荷支承部件接合；

(d)在完全释放第一载荷支承部件之前，确认第二载荷支承部件已经充分地接合管道；

(e)将第二载荷支承部件运动到第二位置，以便使管道运动到井眼内或者井眼外。

在一个实施方式中，修井机为不压井起下作业设备，且第一和第二载荷支承部件包括游动卡瓦和固定卡瓦。在一个实施方式中，确认卡瓦与管道接合的步骤包括确认卡瓦已经到达闭合位置和/或确定卡瓦是否支承充足的载荷的步骤。