用于對管柱進行上扣和卸扣的自動化油田扭矩扳手的方法和設備的制作方法

專利名稱：用于對管柱進行上扣和卸扣的自動化油田扭矩扳手的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及石油和天然氣操作，尤其涉及自動化石油和天然氣 管件處理操作。
背景技術：
在油田操作中，使用被稱為扭矩扳手的機械式夾鉗裝置來對管 柱進行上扣和卸扣。 一對夾鉗用來例如對管件的連接施加扭矩，以在 對管柱進行上扣時將管件螺紋連接到一起和在對管柱進行卸扣時擰開 管件。管柱包括例如鉆柱和諸如套管的尾管。在其中鉆探井眼的地層是變化的，這要求采用各種管件類型。
還應該根據井眼深度和鉆探技術使用各種管件類型。管件包括例如
鉆桿、鉆鋌、套管、套管接箍、井眼尾管、轉換接頭等。管件類型具有變化的物理參數，包括但不限于內徑、外徑、 長度、材料硬度、螺紋長度、螺紋節距、螺紋硬度、螺紋錐角，并且 根據諸如設定扭矩、旋轉速度、扭矩扳手致動速度等的處理參數而連 接。在井眼鉆探和完成期間，管柱處理是重復的并且本質上是危險 的。在對管柱進行上扣和卸扣時的誤差和低效都能導致資源的低效使 用、停工期，并且可能危害工人安全。在石油和天然氣操作中需要減少上述問題
發明內容
根據本發明的一般性方面，提供一種被配置為操縱管件的扭矩 扳手，該扭矩扳手包括可檢索地存儲在存儲器中的多條管件類型記 錄，每一條管件類型記錄均被配置為存儲管件類型特殊參數；和控制 器，該控制器被配置為查找對應于一對管件的至少一條管件類型記 錄以檢索管件類型特殊參數；將扭矩扳手配置為根據所檢索到的管件 類型特殊參數來操作；并且使扭矩扳手對該一對管件之間的連接施加 扭矩。根據本發明的另一個一般性方面，提供一種被配置為操縱管件 的扭矩扳手，該扭矩扳手包括包括多條記錄的存儲器，每一條記錄 均被配置為存儲多個參數；與扭矩扳手相關聯的傳感器，該傳感器報 告傳感器值；被配置為對值進行比較的比較器；控制器，該控制器被 配置為查找至少一條記錄以檢索至少一個參數；并且使比較器將所 報告的傳感器值與所檢索到的參數中的至少一個相比較。根據本發明的又一個一般性方面，提供一種使用具有一對夾鉗 的油田扭矩扳手對管柱的一對管件之間的連接施加扭矩的方法，該方 法包括從與該扭矩扳手相關聯的存儲器中檢索在至少一條管件類型 記錄中規定的管件類型特殊參數；將該扭矩扳手配置為根據所檢索到 的管件類型特殊參數來操作；在扭矩扳手的相應夾鉗中接合該一對管
件；以及根據所檢索到的管件類型特殊參數對該連接施加扭矩。應當理解，從下面的詳細描述，本發明的其它方面對于本領域 技術人員來說將變得非常明顯，其中通過示例方式示出和描述了本發 明的各個實施例。如將理解的，本發明可以具有其它的和不同的實施 例并且其多個細節能夠在其它各個方面進行修改，這些均不背離本發
明的精神和范圍。因此，附圖和詳細描述應被認為在本質上是示意性 的而非限制性的。


[ll]參考附圖，在所有幾幅視圖中，以同樣的附圖標記表示相同的 部分，在圖中詳細地通過實例而非限制性地示出本發明的多個方面， 其中
圖1是根據本發明的一個實施例示出實現管件處理自動化的元件 的示意圖2是示出實現管件處理自動化的過程步驟的流程圖；并且 圖3是示出實現過程步驟監視的過程步驟的流程圖。
具體實施例方式在下面結合附圖闡述的詳細描述旨在作為對本發明的各種實 施例的描述，而并非旨在表示由本發明人構思的僅有的實施例。該詳 細描述包括具體細節，目的在于提供對本發明的全面理解。然而，對 于本領域技術人員來說將明顯的是本發明可以在沒有這些具體細節 的情況下實施。根據本發明的一個實施例，在圖1中示出一種用于管件處理操
作的油田設備100。該設備可以包括扭矩扳手130、鉆井數據庫110和 控制模塊140。在管件處理期間，扭矩扳手130可用來對管件160之間 的連接施加扭矩，從而例如對連接進行上扣或者將它們卸扣。扭矩扳 手130可用來對連接施加扭矩，包括對管件之間的連接進行上扣(將 管件以螺紋連接方式接合在一起)或者對管件之間的連接進行卸扣。 扭矩扳手130可包括用來接合將在上扣期間被增加到管柱162上的管 件160或者在卸扣期間在管柱162中的最后一個管件160的上夾鉗132; 用來接合管柱162的樁部的下夾鉗134;和旋轉器。
管道概述(Pipe Profiling)采用大量不同的管件類型來鉆探并完成井眼102。需要不同的 管件160來鉆穿不同的地層104并實現預期的管柱特性。
10[15]鉆井數據庫110可以包括大量的管件類型記錄112。每一條管件類型記錄112均對應于管件類型規格并且對于特 定管件類型來說可以包括以描述相應管件類型的人可讀字符串形式存 儲的用戶友好的名稱。例如"4士in drill pipe U士英寸鉆管)"、"6in collar (6英寸接箍)"、"4{in to 6in sub (4*英寸到6英寸短節)" 等。如將在下面描述的，可以例如在各種人機"司鉆"界面的屏幕上 顯示用戶友好的管件名稱，以允許司鉆通過和與所顯示的用戶友好的 名稱相關的各種項(選擇器、觸摸屏區域、按鈕、列表元素等)進行 交互來選擇或指定對相應管件類型記錄的使用。可以使用任何人機界 面，例如計算機化的、模擬的、靜止的、移動的、遠程的、位于鉆場 等的司鉆界面。每一條管件類型記錄112還可存儲管件類型特殊參數，例如但 不限于內徑、外徑、密封面間的管件長度、最大扭矩規格、占全扭 矩柱體上扣速度的百分比、占全扭矩柱體卸扣速度的百分比、連接旋 入時間、連接旋出時間等。最大扭矩規格規定了相應的管件使用的最大扭矩量。連接旋入 時間值規定了旋轉器使管件160從脫開時到使用上扣扭矩的時刻將運 轉的時間量。連接旋出時間值規定了旋轉器使管件160從卸扣扭矩時 刻到管件160脫開時所被驅動的時間量。占全扭矩柱體上扣速度的百 分比值規定了將在上扣期間使用的扭矩柱體上扣速度占全速度的百分 比。占全扭矩柱體卸扣速度的百分比值規定了將在卸扣期間使用的扭 矩柱體卸扣速度占全速度的百分比。可以采用扭矩柱體速度百分比的 值來將液壓閥設為占完全打開時的百分比，以控制在相對于彼此地轉 動扭矩扳手130的夾鉗時液壓柱體活塞移動的速度。對于較小直徑的 管件160或者當準確度的重要性較低時，可以采用較快的速度。對于 較大直徑的管件160或者希望更高的準確度時，可以采用較慢的速度。
11[19]根據本發明第一實施例的一種實施方式，數據庫110可以包括 多條不同的管件類型記錄112，每一條記錄均與管件類型及其規格有
關。采用鉆井數據庫110，使得司鉆無需反復地輸入管件類型特殊參數， 從而以顯著降低的操作費用操作扭矩扳手130。通過使用被呈現給操作 者的管件類型特殊參數輸入屏幕或界面，例如但不限于經由司鉆界面， 輸入用于在鉆井操作中使用的多個管件的管件類型特殊參數。操作者 一次一條地選擇數據庫中的每一條管件類型記錄112，并且使用鍵盤為 該記錄中的每一個參數值字段輸入參數值。為了防止不希望地篡改鉆 井數據庫110并且有可能篡改鉆井操作，鉆井數據庫110可以用密碼 進行保護。在操作期間，根據需要，司鉆隨后能夠從例如在司鉆界面的管 件類型記錄選擇屏幕上示出的數據庫中的管件類型記錄組中選擇管件 類型記錄112。在一個實施例中，司鉆可以選擇管件類型記錄112并且在它被 用于操作扭矩扳手之前修改管件類型記錄112，從而改變管件類型特殊 參數，例如但不限于最大扭矩規格參數。在司鉆選擇特定的管件類型記錄112之后，例如通過設置和/ 或控制扭矩扳手130的控制閥、馬達和驅動系統、計時器、計數器、 通知等的操作，采用該管件類型特殊參數來配置和操作該扭矩扳手。 控制器140可以檢索或者獲得當前選擇的或活動的管件類型記錄112 的管件類型特殊參數值，并且將該值寫入到扭矩扳手邏輯期望在其中 對參數進行規定的相應工作存儲器位置處的相應寄存器中。該扭矩扳 手邏輯采用該值來設定壓力閥、計時器、計數器等。可以由司鉆顯式地選擇，或者默認地選擇將用于對任何連接施 加扭矩的管件類型記錄112。[24]在鉆探井眼時，鉆頭磨損并且要求更換鉆頭，或者需要從正鉆 穿的地層中取出巖心樣本，結果，在井眼被鉆探至預期深度之前，可
能對管柱162進行上扣和卸扣許多次。根據本發明的實施例，采用控制模塊140來自動化管柱上扣和 卸扣方面。并不限制本發明地，控制模塊i40可以包括下列中的一個 或多個硬件、硬件邏輯、固件、微處理器、存儲器、軟件、輔助電
子設備、儀器等。并不限制本發明地，在上扣期間，控制模塊140可以被配置為 在鉆井數據庫110中査找管柱規格114 (202);向操作者呈現將被增 加到管柱上的下一管件的默認管件類型；為操作者提供如果有必要則 改變管件類型的機會；在鉆井數據庫110中查找管件類型記錄112以 檢索管件類型特殊參數(206);提示提取附加的管件160 (208);預 配置(110)扭矩扳手130為根據所檢索到的管件類型特殊參數來操作； 在提取(208) 了附加的管件160并且將其穿入樁部之后，指令扭矩扳 手130接合管柱162的樁部和所提取的管件160 (210);并且根據所 檢索到的管件類型特殊參數來適當地指令扭矩扳手130將所提取的管 件160連接到管柱162 (210)。通過將所提取的管件160的公扣端以 螺紋連接方式接合到管柱162的最后一個管件160的母扣端，所提取 的管件160連接到現有的管柱162 (樁部)。根據本發明的第一實施例，在圖2中示出由控制模塊140指導 的上扣過程200。并不限制本發明地，對用于井眼鉆探的管柱162進行 上扣的方法可以包括多個步驟。由于管件160將相互連接，對于每一連接，連接到管柱162 的最后一個管件160均可用作默認管件160，用于進一步連接。 一旦選 定管件類型，則將使用該管件類型，直至司鉆選擇新的管件類型。可 以給司鉆選擇不同的管件類型的機會(202)。[29]考慮到每一對的管件160可以具有相同類型或不同類型(204)， 因此對于每一連接，控制器140可以在鉆井數據庫110中查找至少一 條管件類型記錄112以獲得管件類型特殊參數(206)。如果管柱162中 的最后一個管件160和待增加的管件160具有相同類型，則可以僅對 一條管件類型記錄112進行查找(206)。如果待增加的管件160不同于 管柱162的最后一個管件160，則可以對兩條相應的管件類型記錄112 進行查找(206)。在對管柱中的連接進行上扣的方法中，提取(208)待添加到管 柱162的實際管件160并將其穿入到樁部中。控制器140可以提示司 鉆確認管件160已穿入到樁部中。替代地，可以感測到管件160穿入 到樁部中。控制器140指令扭矩扳手130接合管柱162樁部和待連接 到該樁部的所提取的管件160(210)。根據在至少一條管件類型記錄中規 定的、所檢索到的管件類型特殊參數，所提取的管件160與管柱162 相連接(212)。并不限制本發明地，將所提取的管件160與管柱162相連接 (212)可以分為三個步驟旋入220、端面壓緊222和緊固224。旋轉器 通過將所提取的管件160的錐形公扣端快速地旋入到管柱162樁部的 母扣端中來執行旋入步驟220,該母扣端是管柱162中的最后一個管件 160的母扣端。旋轉器可以被預設為在從管件類型記錄112中獲得的旋 入時間規定長度內將管件旋入。當所提取的管件160的公扣端螺紋的 全部長度已被螺紋接合時，則實現了端面壓緊222。如果在旋入時間期 滿之后還沒有實現端面壓緊，則旋轉器可能在更短的旋入時間內再次 旋轉。在操作扭矩扳手的夾鉗以對連接進行上扣時，緊固步驟224要 求以也在管件類型記錄112中規定的扭矩柱體上扣速度百分比來施加 在該至少一條管件類型記錄112中規定的扭矩。例如，當連接不同的 管件160時，所使用的扭矩可以是二者中較低的那個。
14[32]扭矩扳手130可以在無人工干預的情況下運行以完成任務。這 樣做時，控制器140可以查找管件類型特殊參數，基于該參數來設置 扭矩扳手130以適應下一管件160，并且根據那些參數來操作扭矩扳手 以對該連接進行上扣。控制模塊140可以包括反饋邏輯144、監視邏輯146，并且可
以與監視部件交互。考慮到油井鉆探操作是高成本的，如果管柱162損壞，則能夠 導致大量的成本和停工期。監視扭矩扳手130的操作參數提供了防災 禍的安全措施。并不限制本發明地，監視部件可包括被固定到各種鉆機部件的 傳感器170，例如但不限于開關、計時器、計數器、溫度探針、應變 計、負荷傳感器、張力傳感器、壓力負荷傳感器、變換器、偏轉變換 器、線性變換器、壓力變換器等。傳感器170經由反饋邏輯144向控 制模塊140的監視邏輯146報告例如傳感器值、部件功能或者幾何形 狀以及開關位置。例如，所報告的傳感器值可以包括油溫、液壓流 體壓力、活塞的延伸度等。例如，扭矩傳感器170可以固定到扭矩扳手130以在管件160 連接到鉆柱162時對扭矩傳感器值進行報告(242)。能夠將扭矩值的日 志提供給鉆井操作者。鉆井承包商能夠基于該日志來審核扭矩扳手130 的操作。例如，并不限制本發明地，扭矩傳感器170可以包括至少一個 壓力變換器，該壓力變換器測量由用來相對于下夾鉗134移位上夾鉗 132的液壓活塞使用的液壓力。在隨后的管柱卸扣期間，控制模塊140可以查找至少一條管件類型記錄112以獲得用于配置扭矩扳手130的操作參數，例如但不限 于在對連接進行卸扣時利用扭矩扳手130施加的扭矩。至少在最開
始，扭矩扳手130可以采用存儲在將被斷開的管件160的管件類型記 錄112中的典型扭矩柱體卸扣速度的百分比值作為要應用的最大速度，
因為在正常使用管柱來鉆探井眼期間，連接由于振動而變得松弛。如 果所應用的初始扭矩柱體卸扣速度不足以對該連接進行卸扣，則可以
假設該連接未被正確地施加扭矩，因為在鉆井操作期間賦予管柱162 的應力已經向該連接施加了附加的扭矩。如果沒有實現卸扣，則扭矩 扳手130被重新配置以嘗試在更高的扭矩/扭矩柱體卸扣速度百分比下 再次進行卸扣。根據本發明的另一實施例，控制模塊140適于向各種受控部件 發出開始/停止指令，該受控部件包括但不限于旋轉器、在下夾鉗134 和上夾鉗132之間的驅動系統、用于管件夾緊模的驅動系統等。控制模塊140可以根據和/或響應于從前一開始指令時起的時 間延遲和/或根據反饋來發出指令。
機載診斷和故障響應監視邏輯142不限于監視扭矩測量，可以采用多種反饋部件以 量化各種可測量并檢測各種事件。對反饋信息的監視和記錄允許執行 診斷。根據本發明的示例性實施例的示例性實施方式，監視邏輯146 監視多個可測量和/或事件、參數的組合，該參數例如但不限于持續 時間、開關位置、所報告的傳感器值等。控制器140可以采用比較器 154來將所報告的傳感器值與以下各項比較預期的傳感器值、傳感器 值閾值、可接受的傳感器值范圍、計數器、時間值等。如果所報告的 傳感器值超出范圍，則拋出異常。與司鉆界面相關的比較指示器可以 將該異常報告給司鉆。[43]根據本發明的示例性實施例的示例性實施方式，控制器140 釆用圖3所示的元過程300，其中將在過程200中執行的各種步驟可以 具有相關的時間間隔，期望在該時間間隔期間完成該過程步驟。并不 限制本發明地，可以在管件類型記錄112中規定計時器值，并且從該 管件類型記錄112獲得計時器值(302)。與控制器140啟動該過程步驟 (306)幾乎同時，可以對相應的計時器156進行設置和啟動(304)。每個過程步驟均可以具有可由傳感器檢測到的過程步驟完成 確認事件；希望的結果是每個過程步驟均在相應的計時器156達到 預期的終止時間(310)之前完成(308)。步驟完成確認事件可以簡單地為所報告的傳感器值達到在管 件類型記錄112中規定的傳感器值閾值。例如，可以采用線性變換器 來確認正被移動以接合管件160的夾鉗已經達到起始位置。步驟完成確認事件可以是復雜的，例如，其中將多個所報告的 傳感器值的組合與在至少一條管件類型記錄112中規定的相應傳感器 值范圍相比較，其大量的統計相關性被視為確認過程步驟完成。因此， 以前的由人工監視的步驟完成確認事件被映射成復雜的步驟完成確認 事件，該由人工監視的步驟完成確認事件例如但不限于將管件160 端面壓緊、對連接進行卸扣等，其中將多個傳感器的輸出值例如測量 扭矩、液壓力、逝去的時間等的比較結果相結合。如這里在下面詳細描述的，如果步驟未能完成，則該步驟可以 自動地重復或可以采取其它行動而無需人工干預。如果該步驟未能重 復地完成，則可以經由相應的計數器142監視該步驟未能完成的次數。根據本發明的實施例，計時器156在步驟完成確認事件發生 (308)之前期滿(310)可以觸發異常(312)。典型的異常可以是
17-僅被報告用于統計目的； -被報告用于趨勢分析； -提高警惕； -發出警報；和
-被配線/配置為將扭矩扳手130和/或鉆機關機。該異常可以報告給司鉆界面，或者可以經由收發器報告給場外。因為自動化監視允許在損壞發生之前進行錯誤檢測、操作趨勢 的統計分析，所以可以實現可靠性的增加，并且降低了對數據的錯誤 人工解釋的可能性。根據本發明的實施例， 一旦拋出異常，控制器140便可以在無 人工干預的情況下根據引起所拋出的異常的過程步驟來進行干預以 -重復該步驟一次；
-重復該步驟預定次數并每次均使計數器自增；
-利用不同的扭矩扳手參數設置例如更高的扭矩來重復該步驟；
-跳過該步驟；
-重啟；
-將鉆機子系統停機；以及 -提示進行人工干預。使用傳感器、計時器156、開關和比較器154允許在無人工意 見/解釋/監視時使用所測量和報告的事件及傳感器值，以審核扭矩扳手 130的操作，并且解決和指導對與預期扭矩扳手操作之間的偏差的處 理。確定的是，由在此描述的控制器140執行的監視還適用于不同 于對連接施加扭矩的一般的扭矩扳手130操作，扭矩扳手操作參數被存儲在從管件類型記錄分開的、在工作存儲器中的記錄中。該扭矩扳 手工作存儲器可以包括鉆井數據庫110。
遠程監視和故障檢修操作所提供的鉆機的員工數的減少導致技術人員的人數減少， 該技術人員能夠評估從良性警報到不希望的鉆機毀壞的鉆井操作狀 態。根據本發明實施例的實施方式，可以向鉆井負責人提供無線界
面，通常為便攜式無線設備，該設備結合有另外集成于房間中的鉆井 負責人界面中的控制器。該便攜式無線設備可以配帶為繞在鉆井負責 人的脖子上、在肩膀上、繞在腰部上等。鉆井投入是巨大的，緩解員工的減少包括監視和故障檢修界
面，由此向場外員工提供遠程監視和故障檢修界面。并不限制本發明 地，場外員工(服務部門)能夠遠程登錄并且可以執行以下任一項操
作
-當報告傳感器值時實時地觀察整個鉆井操作的所跟蹤的操作參
數；
-在鉆機/扭矩扳手130被停機時觀看操作參數的值； -審核操作歷史參數值趨勢； -審核引起事件的操作參數值趨勢； -對參數值和參數值趨勢進行統計分析；和 -診斷鉆井操作。根據本發明的實施例的實施方式，因為通常在地理上遙遠的地 點中操作鉆機，所以采用長途通訊基礎設施。并不將本發明限制于此 地，該長途通訊基礎設施可以包括衛星通信、無線通信，可能還有
互聯網。
19[58]雖然已經在此描述了本發明的各個方面，包括例如鉆井數據 庫、管件類型記錄、管件類型特殊參數、司鉆界面、控制器、傳感器、 比較器、比較指示器、界面、無線界面、虛擬界面、和收發器，但應 該理解，在扭矩扳手中，根據需要，可以獨立地或者以各種組合方式 使用這些特征中的每一個。所公開的實施例的前述說明用于使本領域任何技術人員能夠
實現或使用本發明。對于本領域技術人員而言，對那些實施例的各種
修改將是非常明顯的，并且在此限定的一般原則可應用于其它實施例， 而不背離本發明的精神和范圍。因此，本發明并非旨在限于在此示出
的實施例，而是被賦予與權利要求一致的全部范圍，其中除非特別指 明，不加數量詞的項并非旨在表示"一個和唯一一個"，而是表示"一 個或多個"。已知的或者以后由本領域普通技術人員知曉的與在整個 公開內容中描述的各個實施例的元件等價的結構和功能旨在被權利要 求的要素所包括。而且，在此公開的任何內容都不意圖用于大眾，這 與該公開內容是否在權利要求中明確敘述無關。要求的要素都不需根
據35USC112、第六段的規定進行解釋，除非該要素由短語"用于…的 裝置"或者"用于…的步驟"明確地敘述。
權利要求
1.一種被配置為操縱管件的扭矩扳手，所述扭矩扳手包括a.可檢索地存儲在存儲器中的多條管件類型記錄，每一條管件類型記錄均被配置為存儲管件類型特殊參數；和b.控制器，所述控制器被配置為i.查找對應于一對管件的至少一條管件類型記錄以檢索管件類型特殊參數；ii.將所述扭矩扳手配置為根據所檢索到的管件類型特殊參數來操作；并且iii.使所述扭矩扳手對所述一對管件之間的連接施加扭矩。
2. 根據權利要求l所述的扭矩扳手，還包括司鉆界面，所述司鉆 界面被配置為顯示管件類型記錄的選擇，并且被配置為能夠選擇待增 加到正上扣的管柱上的管件的管件類型記錄。
3. 根據權利要求l所述的扭矩扳手，所述管件類型特殊參數包括 以下參數中的至少一種最大扭矩規格、扭矩柱體上扣速度、扭矩柱 體卸扣速度、旋入時間和旋出時間。
4. 根據權利要求l所述的扭矩扳手，所述管件類型特殊參數包括 以下參數中的至少一種內徑、外徑、長度、材料硬度、螺紋長度、 螺紋節距、螺紋硬度和螺紋錐角。
5. —種被配置為操縱管件的扭矩扳手，所述扭矩扳手包括a. 包括多條記錄的存儲器，每一條記錄均被配置為存儲多個參數;b. 與所述扭矩扳手相關聯的傳感器，所述傳感器報告傳感器值； C.被配置為對值進行比較的比較器；d.控制器，所述控制器被配置為i.查找至少一條記錄以檢索至少一個參數；并且ii.使所述比較器將所報告的傳感器值與所檢索到的參數中的 至少一個相比較。
6. 根據權利要求5所述的扭矩扳手，其中所述多條記錄還包括存 儲管件類型特殊參數的多條管件類型記錄；所述控制器進一步被配置 為a. 查找對應于一對管件的至少一條管件類型記錄以檢索管件類型 特殊參數；b. 將所述扭矩扳手配置為根據所檢索到的管件類型特殊參數來 操作；并且c. 使所述扭矩扳手對所述一對管件之間的連接施加扭矩。
7. 根據權利要求6所述的扭矩扳手，所述管件類型特殊參數包括 以下參數中的至少一種最大扭矩規格、扭矩柱體上扣速度、扭矩柱 體卸扣速度、旋入時間和旋出時間。
8. 根據權利要求6所述的扭矩扳手，所述管件類型特殊參數包括 以下參數中的至少一種內徑、外徑、長度、材料硬度、螺紋長度、螺紋節距、螺紋硬度和螺紋錐角。
9. 根據權利要求5所述的扭矩扳手，還包括被配置為顯示所報告 的傳感器值或者由所述比較器執行的比較結果的司鉆界面。
10. 根據權利要求9所述的扭矩扳手，還包括被配置為提供對所 述司鉆界面的遠程訪問的界面，以實時地遠程監視所報告的傳感器值 或所述比較結果。
11. 根據權利要求5所述的扭矩扳手，所述管件類型參數還包括 規格、范圍和閾值中的一個。
12. 根據權利要求11所述的扭矩扳手，所述比較器進一步被配置 為將所報告的傳感器值與傳感器值范圍相比較。
13. 根據權利要求12所述的扭矩扳手，還包括被配置為顯示用于指定所報告的傳感器值是否位于所述傳感器值范圍內的指示的司鉆界 面。
14. 根據權利要求5所述的扭矩扳手，其中所述傳感器還包括以下中的一個開關、計數器、計時器、溫度探針、應變計、負荷傳感器、張力傳感器、壓力負荷傳感器、變換器、偏轉變換器、線性變換 器和壓力變換器。
15. 根據權利要求5所述的扭矩扳手，所述控制器進一步被配置 為拋出由所述比較器執行的比較所觸發的異常。
16. 根據權利要求15所述的扭矩扳手，所述控制器進一步被配置 為解決所述異常。
17. 根據權利要求16所述的扭矩扳手，所述控制器進一步被配置 為執行以下步驟中的至少一個重復過程步驟一次，重復所述過程步 驟預定次數同時每次均使計數器自增；跳過所述過程步驟，重啟，將 子系統停機，并且提示進行人工干預。
18. 根據權利要求15所述的扭矩扳手，還包括被配置為在拋出所 述異常時警告場外實體的收發器。
19. 根據權利要求5所述的扭矩扳手，還包括被配置為提供對所 述存儲器的遠程訪問以監視鉆井操作的虛擬界面。
20. 根據權利要求19所述的扭矩扳手，還包括通信基礎設施，所述通信基礎設施包括下列中的一種衛星通信、無線通信和互聯網連 接。
21. 根據權利要求5所述的扭矩扳手，其中所述存儲器還包括被 配置為存儲所述傳感器值或所述比較結果的日志，所述控制器進一步 被配置為將所述傳感器值或所述比較結果存儲在所述日志中。
22. —種使用具有一對夾鉗的油田扭矩扳手來對管柱的一對管件之間的連接施加扭矩的方法，所述方法包括a. 從與所述扭矩扳手相關聯的存儲器中檢索在至少一條管件類型 記錄中規定的管件類型特殊參數；b. 將所述扭矩扳手配置為根據所檢索到的管件類型特殊參數來 操作；C.在所述扭矩扳手的相應夾鉗中接合所述一對管件；以及d.根據所檢索到的管件類型特殊參數來對所述連接施加扭矩。
23. 根據權利要求22所述的方法，其中上扣所述管柱，所述方法 還包括選擇待增加到所述管柱上的管件的管件類型的在先步驟。
24. 根據權利要求23所述的方法，還包括以下在先步驟a. 向司鉆呈現管件類型的選擇；和b. 提示所述司鉆選擇附加的管件的管件類型。
25. 根據權利要求22所述的方法，還包括a. 將計時器設為對應于過程步驟的時間值，所述時間值在所檢索 到的管件類型參數中被規定；b. 與所述過程步驟的開始幾乎同時地啟動所述計時器；以及c. 確定在對應于所設時間值的時段內所述過程步驟是否完成。
26. 根據權利要求25所述的方法，其中如果過程步驟未能在所述時段內完成，則所述方法還包括a. 對未能完成的次數進行計數；和b. 重新開始所述過程步驟并將計時器復位。
27. 根據權利要求25所述的方法，其中重新開始所述過程步驟和計時器還包括自動地重新開始所述過程步驟，并且將所述計時器復位和重啟。
28. 根據權利要求22所述的方法，還包括a.監視與所述扭矩扳手相關聯的至少一個傳感器以獲得傳感器值。
29. 根據權利要求28所述的方法，還包括記錄所述傳感器值。
30. 根據權利要求28所述的方法，還包括在司鉆界面上顯示所述傳感器值。
31. 根據權利要求28所述的方法，還包括將所述傳感器值與所述管件特殊參數中的至少一個相比較。
32. 根據權利要求31所述的方法，還包括以下步驟中的至少一個:a. 記錄所報告的傳感器值位于傳感器值范圍內的指示；b. 記錄所報告的傳感器值位于傳感器值范圍之外的指示；c. 在所述司鉆界面上顯示傳感器值位于傳感器值范圍之外的指示；d. 將所述傳感器值位于傳感器值范圍之外的指示警告給場外實體；e. 發出警報；f. 重復過程步驟一次；g. 重復所述過程步驟預定次數并每次均使所述計數器自增；h. 在所述扭矩扳手被配置為根據修改的參數進行操作的情況下重復所述過程步驟；i. 跳過所述過程步驟；j.重啟；k.提示進行人工干預；以及l.停機。
全文摘要
提出了用于油井旋轉鉆探的自動化上扣和卸扣方法及設備。該設備包括存儲管件類型記錄的鉆井數據庫、具有旋轉器的扭矩扳手和控制器。在上扣期間，該控制器查找在鉆井數據庫中存儲的管件類型記錄，從而將扭矩扳手和/或旋轉器配置為根據管件類型參數來將附加的管段連接到管柱或者斷開管件之間的連接。在各種鉆機部件上使用傳感器，并且監視所報告的傳感器值。與各種上扣和卸扣步驟的開始同時地啟動計時器。當傳感器值超出范圍時或者當步驟花費太長時間完成時，拋出異常。獲得了加快鉆機操作的優點。
文檔編號E21B19/16GK101528420SQ200680055987
公開日2009年9月9日 申請日期2006年8月25日 優先權日2006年8月25日
發明者道格拉斯·A·亨特 申請人:坎里格鉆探技術有限公司