用于防噴器中的鉆桿位置的確定的方法和系統的制作方法
【專利摘要】檢測相對于BOP 116的鉆桿214的位置的系統包含套管202，安置在鉆桿214的部分的外表面的周圍。系統還包含感測裝置204，安置在套管202上并且布置為形成多個陣列220、224并且配置為生成位置信號。陣列周向地安置在套管202的周圍并且沿著套管的長度彼此間隔。系統包含處理單元206，配置為計算鉆桿214與每個感測裝置204之間的距離。當鉆桿214與至少一個感測裝置204之間的距離不同于參考距離時，處理單元206生成第一告警。當鉆桿214與感測裝置的至少一個陣列的每個感測裝置204之間的距離不同于參考距離時，處理單元生成第二告警。
【專利說明】
用于防噴器中的鉆桿位置的確定的方法和系統
【背景技術】
[0001]本發明的實施例通常涉及防噴器，并且更特別地，涉及監測防噴器中的鉆桿的位置的方法和系統。
[0002]石油和天然氣領域操作典型地涉及鉆探并且操作井來定位并且取到碳氫化合物。鉆塔位于相對深水中的井場。在這些井部署工具(例如，鉆探工具、管道和鉆桿)來勘探淹沒的儲藏庫。重要的是防止從井到環境中的流體的溢出和泄漏。
[0003]雖然井作業者通常盡他們最大努力來防止溢出或泄漏，但是在鉆探期間的高壓儲藏庫和地層的滲透可以導致井眼自身中的忽然壓力增加(“涌出”)。顯著地強壓涌出可以導致來自井眼的鉆桿、套管、鉆探泥漿、和碳氫化合物的“井噴”，這可以導致井的故障。
[0004]防噴器(“Β0Ρ”)通常用在石油和天然氣井的鉆探和完成中，來保護鉆探和操作人員、以及井場和其設備免受井噴的影響。在一般意義中，防噴器是遙控的閥或一組閥，在井壓力中的預料不到的增加的情況下可以關閉井眼。現代的防噴器典型地包含布置在圍繞鉆柱的“組”中的若干閥。給定組內的閥典型地在它們的操作方式方面和在它們的壓力等級方面彼此不同，因此提供不同的井控制程度。許多BOP包含“全封剪切閘板(blind shearram)”類型的閥，其可以用來切斷并且卷曲鉆桿，作為避免井噴的最終緊急保護(如果組中的其它閥不能控制井壓力)。
[0005]在現代的深鉆探井中，特別是在離岸產業中，涉及傳統的防噴器的控制系統已經變得非常復雜。如在本領域中已知的，防噴器中的各個閘板可以是液壓和電力控制的。此夕卜，如果內部電的和液壓的控制系統變得不可操作，則一些現代的防噴器可以由遙控的工具(ROV)驅動。典型地，提供現代的防噴器中的控制系統的一定程度的冗余。
[0006]在井噴期間，當啟用BOP的閥時，期望剪切閘板來切斷鉆桿以防止井噴影響鉆探設備上游。放置剪切閘板使得當驅動BOP的閥時從多于一個側來切斷鉆桿。雖然BOP是防止井噴的有效方法，但是閘板有時可以由于若干原因(包含BOP內部的鉆桿的橫向移動、和接近剪切閘板的鉆桿接頭的存在)而無法切斷鉆桿。
[0007]考慮到當今鉆探操作中的BOP的重要性(尤其是在深海環境中)，對于井作業者重要的是有信心所部署的BOP是功能性的和可操作的。另外，對于井作業者也合意的是知道相對于BOP的鉆桿的位置。此外，作業者也將會發現確定BOP中的鉆桿的移動特性是有用的。
[0008]因此，井作業者將定期地功能性測試Β0Ρ，這樣的測試包含每個閥的周期性功能性測試來檢測BOP中的工具接頭的存在、每個閥的周期性壓力測試來確保閥在指定壓力密封、由ROV進行的閥的周期性驅動以及類似的。管理機構還可要求這樣的測試。當然，這樣的周期性測試消耗人員和設備資源，并且可以要求鉆探操作的關閉。
[0009 ]除這些周期性測試以外，基于由位于BOP中感測系統(以及間接地從井下壓力測量以及類似的)產生的感測信號，在鉆探期間可以監測現代BOP的功能性和健康。然而，在傳統的防噴器控制系統中，這些各種輸入和測量隨著時間生成大量數據。考慮到大量的數據、部署防噴器的艱苦井下環境、以及執行防噴器部件的維護和替換所要求的資源和停工期中的巨大成本，現場外的專業人員(例如，海底工程師)承擔確定BOP功能性狀態的責任。此分析通常是耗時的并且經常涉及分析員的主觀判斷。在井場的鉆探人員經常不能夠輕易確定防噴器的操作狀態或“健康”，更不用提以及時和可理解的方式。
[0010]此外，感測系統對鉆桿中的外來材料的存在敏感并且可產生導致假正的錯誤結果。外來材料的示例包含但不限于由于鉆探和切割導致的碎片、或水、或天然氣氣泡以及類似的。另外，環境狀況中的改變也可導致傳感器偏移。傳感器偏移可導致感測系統的輸出中的改變，因此導致BOP中的鉆桿的位置的確定中的錯誤。
[0011]由于允許BOP的高效操作所要求的校正動作取決于相對于BOP的鉆桿位置的確定，因此對于感測系統重要的是產生準確的結果。因此，需要方法和系統來幫助BOP中的鉆桿位置的確定而考慮(factoring)鉆桿的移動以及BOP中的鉆桿接頭的存在。
【發明內容】
[0012]提供系統來檢測相對于防噴器(BOP)的鉆桿的位置。系統包含套管，配置為安置在鉆桿的部分的外表面的周圍。套管的長度大于或等于該鉆桿的該部分的長度。另外，系統包含多個感測裝置，配置為生成多個位置信號。多個感測裝置布置為形成感測裝置的多個陣列。多個陣列的每個周向地安置在套管的周圍并且沿著套管的長度而彼此間隔。此外，系統包含處理單元，配置為基于多個位置信號來計算鉆桿與多個感測裝置的每個之間的距離。處理單元還配置為當從至少一個感測裝置確定的鉆桿的距離不同于鉆桿與感測裝置之間的參考距離時，生成第一告警。當鉆桿與感測裝置的至少一個陣列的每個感測裝置之間的距離不同于鉆桿與感測裝置之間的參考距離時，處理單元生成第二告警。
[0013]提供方法用于監測相對于防噴器(BOP)的鉆桿的位置。方法包含從多個感測裝置接收多個位置信號。感測裝置安置在套管上來沿著套管的長度形成感測裝置的多個陣列。另一方面，套管安置在鉆桿的部分的外表面上。另外，方法包含計算多個感測裝置與該鉆桿的該部分之間的參考距離。此外，方法包含比較每個感測裝置與鉆桿之間的距離與參考距離。方法也包含當參考距離大于至少一個感測裝置與鉆桿之間的距離或至少一個陣列的感測裝置與鉆桿之間的平均距離中的至少一個時，生成多個告警中的至少一個。
【附圖說明】
[0014]本公開的其它特征和優勢將從優選實施例的以下更詳細描述結合附圖(以示例的方式，圖示本公開的某些方面的原理)而是明顯的。
[0015]圖1圖示包含防噴器的典型的石油和天然氣勘探系統；
圖2圖示根據本發明的實施例的用于相對于石油和天然氣勘探系統中的BOP組的鉆桿的位置的確定的系統；
圖3圖示根據本發明的一個實施例的用于防噴器中的鉆桿的位置的確定的系統；
圖4圖示根據本發明的另一實施例的用于防噴器中的鉆桿的位置的確定的系統；以及圖5圖示根據本發明的一個實施例的用于防噴器中的鉆桿的位置的確定的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0016]以下將詳細作出對本發明的示范性實施例的參考，在附圖中圖示本發明的示范性實施例的示例。在任何可能的情況下，在通篇附圖中使用的相同參考標號指代相同或相似的部分。
[0017]本發明的實施例提供系統和方法用于防噴器(BOP)中的鉆桿的位置的確定。在石油和天然氣勘探系統中，安裝鉆機來鉆過海面并且提取存儲在海底中的石油。鉆探過程涉及安置多個鉆桿部分來形成鉆桿長度，其可以延展幾千米而連同鉆頭鉆過海底。鉆桿安裝在鉆機中來栗出在鉆探期間發現的石油和天然氣。也利用另外鉆桿來攜帶由鉆頭切割的廢料并且將它退回到海底中。在這些鉆桿周圍安裝BOP來防止由鉆探期間的涌出和井噴導致的存在在海底上的設備的損害。根據許多實施例，BOP包含可以是電力和/或液壓驅動的剪切閘板。閘板配置為當發生井噴時切斷鉆桿。然而，在某些情況下，剪切閘板可撞到鉆桿接頭，它具有比剩余鉆桿的直徑更大的直徑，并且在涌出的情況下可能不能夠切斷鉆桿接頭。另外，當流過鉆桿的流體的特性改變時，裝有傳感器來確定相對于剪切閘板的鉆桿的位置的BOP可產生錯誤響應。雖然后續段落描述關于剪切閘板的方法和系統，但是本實施例可適用于包含全封閘板(blind ram)、鉆桿閘板、環行閘板以及類似的的BOP可以是明顯的。
[0018]如在后續段落中描述的，本發明的實施例提供方法和系統來檢測相對于BOP的鉆桿的位置而消除可由于流體的存在而導致的錯誤響應。另外，用于鉆桿的位置的確定的系統的實施例也檢測BOP中的鉆桿接頭的存在。因此，本系統包含套管，配置為周向地安置在被監測的鉆桿的部分的外表面的周圍。套管的長度選擇為長于該鉆桿的感興趣的該部分的長度。系統還包含多個感測裝置。多個感測裝置布置為形成感測裝置的多個陣列。陣列周向地布置在套管上并且沿著套管的長度而放置。作出布置使得多個感測裝置覆蓋被監測的該鉆桿的該部分的長度并且也在多個位置覆蓋該鉆桿的該部分的周圍。感測裝置配置為生成位置信號，它確定相對于每個感測裝置的鉆桿的位置。由感測裝置生成的位置信號被傳輸到處理單元。處理單元配置為比較該鉆桿的該部分相對于多個感測裝置中的每個的距離。另外，處理單元配置為當該鉆桿的感興趣的該部分與多個陣列的任何中的至少一個感測裝置之間的距離不同于參考距離時生成第一告警。此外，處理單元配置為當該鉆桿的感興趣的該部分與至少一個陣列內的每個感測裝置之間的距離不同于參考距離時生成第二告警。參考距離是該鉆桿的感興趣的該部分與感測裝置之間的期望距離。期望距離是當鉆桿平行于BOP組時并且當感興趣的該部分不包含鉆桿接頭時，該鉆桿的感興趣的該部分與感測裝置之間的距離。
[0019]如在圖1中圖示的，傳統的離岸石油和天然氣安裝100包含平臺102(或任何其它類型的在水面的船舶)，經由立管/鉆桿104連接到海底108上的井口 106。要注意，在圖1中示出的元件不是按比例繪制的并且不應該從在圖1中圖示的相對大小和距離推導尺寸。
[0020]如在橫截面圖中示出的，在鉆桿104內部，有鉆柱110，鉆頭(未示出)在鉆柱110的末端轉動來將海底井擴展到海底108以下的層。泥漿從鉆探平臺102上的泥漿罐(未示出)通過鉆柱110流通到鉆頭，并且通過鉆柱110與鉆桿104的保護套管114之間的環形空間112返回到鉆探平臺102。泥漿維持靜壓來計數平衡從井流出的流體的壓力并且冷卻鉆頭，同時也通過環形空間112將壓碎或切碎的巖石帶到表面。在表面，過濾從井返回的泥漿來移除巖石和碎片并且再循環。
[0021]在鉆探期間，在高壓的天然氣、石油或其它井流體可從鉆探的地層噴到鉆桿104中并且可發生在不可預料的時刻。為了保護可能被損害的井和/或設備，防噴器(BOP)組116位于接近海底108。根據具體離岸鉆塔的要求，BOP組還可位于沿著鉆桿104的不同位置。BOP組可包含較底部BOP組118(連接到井口 106)以及較底部海底取油管總成(“LMRP”)120(連接到鉆桿104的末端)。在鉆探期間，較底部BOP組118與LMRP 120連接。
[0022]位于較底部BOP組118中或LMRP 120中的多個防噴器(B0P)122在正常操作期間處于打開狀態，但是當發生“涌出”時可關閉(即，切換到關閉狀態)來阻斷流過鉆桿104的流體。電纜和/或液壓線路124將控制信號從鉆探平臺102傳輸到控制器126，控制器126可位于BOP組116上。控制器126和BOP組116還可位于相對于彼此的遠程位置。另外，控制器126和BOP組116可由有線以及無線網絡耦合，網絡輔助它們之間的數據的傳遞。根據經由電纜和/或液壓線路124從平臺102接收到的信號，控制器126控制BOP 122處于打開狀態中或關閉狀態中。控制器126也獲得關于BOP 122的當前狀態(打開或關閉)的信息并且將它發送到平臺102。
[0023]圖2圖示根據本發明的實施例的用于相對于石油和天然氣勘探系統中的BOP組的鉆桿的位置的確定的系統200。石油和天然氣勘探系統包含系統200、鉆桿214、B0P組212、控制器216、和液壓/電線路218(其將平臺102耦合到BOP組212的控制器216)。根據某些實施例，系統200還包含套管202、多個感測裝置204、和處理單元206。套管202配置為安置在需要被監測的鉆桿214的部分的周圍。根據一個實施例，被監測的鉆桿214的部分可以是存在于BOP組212中的鉆桿214的部分。當鉆桿214固定時，套管202可安置在該鉆桿214的感興趣的該部分的周圍。另外，當鉆桿214運動時，套管202可安置在面對鉆桿214的BOP組212的壁上。換句話說，套管202可安置在BOP組212中使得套管202覆蓋存在于BOP組212中的該鉆桿214的該部分。在一些其它實施例中，套管202可安置在例如保護套管114的固定保護套管(由BOP組212覆蓋)的區域上。根據某些實施例，套管202可具有可調整的長度并且可基于被監測的該鉆桿214的該部分的長度來選擇套管202的長度。選擇套管202的長度使得它大于或等于被監測的該鉆桿的該部分的長度。此外，當套管202位于BOP組212中時，套管202的長度可大于或等于BOP組212的長度。根據某些實施例，套管202是由柔韌材料制成的薄片。柔韌材料的示例包含但不限于彈力材料、橡膠、織物、或任何其它合適的柔韌材料。粘性材料可安置在薄片的兩端使得當薄片的兩端接合時，它們形成利用為套管202的空心圓柱形結構。根據某些其它實施例，套管202可由剛性材料制成。套管202可以是由剛性材料制成的空心圓柱，它可位于沿鉆桿214的外表面或BOP組214的內表面。
[0024]感測裝置204配置為生成多個位置信號。感測裝置204可包含傳感器，配置為生成入射在鉆桿214上的信號。暴露于來自感測裝置204的入射信號的鉆桿214的部分使信號折射和/或反射。由鉆桿214的感興趣的部分引起的改變被稱作感興趣的部分對信號的響應。位置信號包含該鉆桿的該部分對入射信號的響應。感測裝置204的示例可包含但不限于超聲感測裝置、射頻識別傳送器、和令牌對以及類似的。感測裝置204可以是單向以及雙向的。雙向感測裝置204配置為生成入射在鉆桿214上的信號并且還從鉆桿214的感興趣的部分接收響應。另外，感測裝置204沿著套管202的長度而安置在套管202上，所述套管202平行于鉆桿214的移動的方向(從平臺102到海底108)。分組感測裝置204來形成感測裝置的多個陣列。感測裝置204的陣列的一個示例在圖2中被圖示為參考標號220。感測裝置的每個陣列包含彼此鄰近放置的多個感測裝置204來形成一系列感測裝置204。感測裝置的陣列沿著套管202的長度放置。根據一個實施例，當套管202連同感測裝置204安置在鉆桿214的該部分的外表面上時，感測裝置的陣列中的每個感測裝置204配置為監測沿著鉆桿214的該部分的長度的相同部分。例如，陣列220中的感測裝置204配置為監測存在于BOP組212中的鉆桿214的片段的部分222。該部分222垂直于鉆桿214的長度。由多個感測裝置204產生的信號入射在被監測的鉆桿214的該部分上。感測裝置204還配置為接收該鉆桿214的感興趣的該部分對傳輸的信號的響應(位置信號)。位置信號被傳輸到處理單元206。
[0025]在某些實施例中，處理單元206可包括一個或多個中央處理單元(CPU)(例如，微處理器)，或可包括任何合適數量的專用集成電路(協作工作以實現CPU的功能)。處理器206可包含存儲器。存儲器可以是電子、磁性、光學、電磁、或紅外系統、器件、或裝置。例如，存儲器的常見形式包含硬盤、磁帶、隨機存取存儲器(RAM)、可編程只讀存儲器(PROM)、和EEPR0M、或光學存儲裝置(例如，可重寫CDROM或DVD)。處理單元206能夠執行與BOP中的鉆桿的位置的確定有關的程序指令，并且響應于那些指令或可在確定鉆桿的位置期間或之后出現的其它活動而起作用。這樣的程序指令將包括可執行指令的列表用于實現邏輯功能。列表可以體現在任何計算機可讀介質中，用于由或結合可以獲取、處理、并且執行指令的基于計算機的系統來使用。備選地，一些或所有處理可以由附加的處理單元206而遠程執行。
[0026]處理單元206配置為計算每個感測裝置204與被監測的鉆桿214的部分之間的距離。感測裝置204與鉆桿214的感興趣的部分之間的距離是通過多個位置信號來計算。另外，處理單元206配置為比較每個感測裝置204與被監測的鉆桿214的部分之間的距離。基于感測裝置204與被監測的該鉆桿214的該部分之間的距離的比較，處理單元206配置為生成多個告警。多個告警包含第一告警，當至少一個感測裝置204與鉆桿214之間確定的距離不同于鉆桿214與感測裝置204之間的參考或期望距離時，生成第一告警。告警也包含第二告警，當鉆桿214與感測裝置的至少一個陣列內的每個感測裝置204之間的距離不同于鉆桿214與感測裝置204之間的參考距離時，生成第二告警。
[0027]用來生成第一和第二告警的感測裝置204與鉆桿214的感興趣的部分之間的參考或期望距離可通過各種渠道被提供到處理單元206。這些渠道包含但不限于來自作業者的輸入、從參考鉆桿確定的預定距離、和由處理單元206的動態確定。由處理單元206的參考或期望距離的動態確定包含選擇鉆桿214與感測裝置204中的一個之間的實際距離作為期望距離。為選擇實際距離中的一個作為期望距離，處理單元206可配置為從多個陣列中選擇第一組傳感器陣列。第一組傳感器陣列包含鉆桿214與那些陣列內的每個感測裝置204之間的距離是相等的的那些傳感器陣列。例如，在動態確定期間，處理單元206可配置為選擇傳感器陣列220作為第一組陣列中的一個。傳感器陣列220是這樣的以致于鉆桿214與傳感器陣列220的每個感測裝置204之間的距離相等。另外，如果陣列224的每個感測裝置204與鉆桿214之間的距離相等，則處理單元206還可選擇傳感器陣列224作為第一組傳感器陣列中的一個。此外，處理單元206比較由來自第一組陣列的每個陣列觀察的平均距離。例如，由陣列220觀察的平均距離與由第一組傳感器陣列中的陣列224觀察的平均距離比較。處理單元206還配置為選擇來自第一組傳感器陣列的平均距離之間的最大值的平均距離作為參考或期望距離。例如，當陣列220的平均距離大于或等于由第一組陣列中的另一陣列224觀察的平均距離時，由陣列220觀察的平均距離可被選擇為期望距離。因此，當放置陣列220來檢測具有與剩余鉆桿214的直徑相比較的最小直徑的鉆桿214的部分時，處理單元206配置為選擇陣列220與鉆桿214之間的距離作為期望距離。例如，可安置陣列220使得它被放置鄰近不包含鉆桿接頭的鉆桿的部分。然而，可安置陣列224使得它鄰近鉆桿214的鉆桿接頭。在這樣的場景中，在期望距離的動態確定中，處理單元206配置為選擇陣列220與鉆桿214之間的距離作為期望距離。
[0028]根據一個實施例，第一和第二告警可代表與鉆桿214關聯的至少一個狀況。第一告警(當陣列中的一個感測裝置204顯示不同于那個特定陣列的其它感測裝置204的測量時生成第一告警)指示鉆桿214可顯示了橫向移動。換句話說，當鉆桿214顯示從保護套管114和/或套管202的中心朝著保護套管114和/或套管202的壁中的一個移動時，可生成第一告警。當生成第一告警時，處理單元206比較每個感測裝置204與鉆桿214之間的距離與期望距離。對于特定傳感器陣列，當處理單元206確定那個陣列的任何一個感測裝置204與鉆桿214之間的距離小于那個陣列的剩余感測裝置204與鉆桿214之間的距離或期望距離時，它生成第一告警。第二告警指示在系統200的感測裝置204的操作范圍中的鉆桿接頭的存在。放置感測裝置200的陣列使得兩個感測陣列之間的距離大于鉆桿接頭的長度。為生成第二告警，處理單元206比較每個陣列與鉆桿214之間的平均距離與期望距離。如果處理單元206確定每個陣列與鉆桿214之間的平均距離等于期望距離，則推斷感測裝置204不在任何鉆桿接頭的附近。另外，如果處理單元206確定每個陣列的平均距離與期望距離之間的差別在指定范圍內，則推斷感測裝置204不在任何鉆桿接頭的附近。此外，如果處理單元206確定每個陣列的平均距離與期望距離之間的差別大于指定范圍，則推斷至少一個陣列在鉆桿接頭的附近。處理單元206推斷平均距離在所有陣列的平均距離間是最小的的陣列在鉆桿接頭的附近。因此，處理單元206生成第二告警，指示來自系統200的特定陣列在鉆桿接頭的附近。期望距離與平均距離之間的差別的指定范圍被選擇為小于鉆桿214的正常部分的直徑與鉆桿接頭的直徑之間的差別。
[0029]處理單元206還通信地耦合于控制器216。基于由處理單元206生成的告警，控制器216可配置為基于相對于BOP組212的鉆桿的位置而采取校正動作。另外，處理單元206和/或控制器216可通過液壓/電線路218將告警傳遞到平臺102。當相對于BOP組212的鉆桿214的位置不如所希望的時，可從平臺102開始校正動作。例如，當生成第一告警時，平臺102可使鉆桿214以正交于平臺102的方向移動。另外，當生成第二告警時，平臺102還可使鉆桿214另外以朝著海底的方向移動。控制器216還可配置為當生成第一或第二告警時，修改BOP閘板的驅動，由此避免閘板嘗試在鉆桿接頭位置切斷鉆桿214。
[0030]系統還包含耦合到處理單元206的數據倉庫208。數據倉庫208配置為存儲在鉆桿與感測裝置204之間計算的在先鉆桿距離。另外，數據倉庫208也配置為存儲鉆桿214與感測裝置204之間的期望距離。處理單元206還可配置為用補償因素來調整在每個感測裝置204與鉆桿214之間確定的距離。補償因素可取決于存在于鉆桿214與套管202之間的空間之間的流體的特性、或鉆桿214與套管202之間的空間中的外來材料的存在。補償因素幫助消除或減少可由處理單元206生成的假告警，所述假警告是由于鉆桿214中的流體特性中的改變(相對比于鉆桿214相對于感測裝置204的距離與期望距離之間的比較)。處理單元206比較每個感測裝置204與鉆桿202之間的距離與感測裝置214與鉆桿202之間的期望距離。每個感測裝置204與鉆桿214與期望距離之間的差別被考慮為偏置或增益因素。偏置或增益因素被傳遞到校準單元210。校準單元210用每個感測裝置204的適當補償因素來調整每個感測裝置204的后續測量。為測量中的補償需求，比較感測裝置204的后續測量與期望距離。
[0031]結合圖3和圖4來解釋基于不同類型的感測裝置204的BOP組212中的鉆桿214的位置的確定的系統的示范性配置。
[0032]圖3圖示相對于BOP組212的鉆桿214的位置的確定的系統的一示范性實施例300。系統300包含套管302、多個感測裝置304、和處理單元306。如結合圖2描述的套管302可由柔韌材料或由剛性材料制成并且配置為安置在被監測的鉆桿214的部分的外表面的周圍。在某些實施例中，套管302安置在BOP組212的內表面的周圍使得可以監測存在于BOP組212中的鉆桿214的部分(當鉆桿214正在移動時)。在圖示的實施例中，正被監測的鉆桿214的部分存在于BOP組212中。
[0033]另外，在所圖示的實施例中，感測裝置304安置在套管302上。感測裝置304布置在套管302上來形成感測裝置308、310、和312的多個陣列。感測裝置308、310、和312的每個陣列包含位于正交于鉆桿214的長度的平面中的一個或多個感測裝置304。在一個實施例中，套管302圍繞在鉆桿214的感興趣的部分周圍。套管302在兩端被密封以定義安置在鉆桿214周圍的圓柱形結構。在另一實施例中，套管302提供開口來允許由套管302的壁來圍繞鉆桿214。當套管302圍繞鉆桿214時，每個陣列308、310、和312以周向方式包含鉆桿的部分。另夕卜，陣列308、310、312沿著套管302的長度彼此分隔，所述套管302平行于鉆桿214的移動方向(從平臺102到海底108)。在操作期間，當套管302安置在鉆桿214上時，感測裝置304的陣列308、310、和312覆蓋被監測的鉆桿214的部分的長度以及鉆桿214的感興趣的部分的周圍。感測裝置304配置為確定感測裝置304與鉆桿214之間的距離。根據某些實施例，感測裝置304可以是單向或雙向超聲感測裝置。
[0034]當被提供以激勵信號時，感測裝置304配置為傳輸入射在鉆桿214上的信號。信號從鉆桿214的表面折射和/或反射。由感測裝置304捕獲對由感測裝置304傳輸的信號的鉆桿214的此信號響應(也被稱為位置信號)。位置信號被傳輸到處理單元306，處理單元306配置為確定鉆桿214與每個感測裝置304之間的距離。
[0035]處理單元306確定鉆桿與每個感測裝置304之間的距離，例如，通過由相應感測裝置304收集來自鉆桿表面的輸入信號的反射所花費的時間來確定。處理單元306還配置為基于鉆桿214與每個感測裝置304之間的距離的分析來生成多個告警。在操作中，處理單元306比較每個感測裝置304與鉆桿214之間的距離與參考或期望距離來生成多個告警。具體地，當至少一個感測裝置304與鉆桿之間的距離不同于參考距離時，處理單元306生成第一告警。另一方面，當鉆桿與至少一個陣列308、或310、或312的每個感測裝置304之間的距離不同于參考距離時，生成第二告警。
[0036I在一個實施例中，處理單元306通過用戶接口從作業者接收參考距離。另外，參考距離還可從參考鉆桿來確定并且提供給處理單元306。此外，處理單元306還可從在感測裝置304與鉆桿214之間確定的當前距離來動態地確定參考距離。在動態確定中，處理單元306選擇感測裝置304與鉆桿214之間的實際距離中的一個。為選擇實際距離中的一個作為期望距離，處理單元306從多個陣列308、310、和312確定第一組陣列。第一組陣列包含鉆桿214與那個特定陣列的每個感測裝置304之間的距離相等的陣列。例如，當陣列308的每個感測裝置304與鉆桿214之間的距離相等并且陣列310的感測裝置304與鉆桿214之間的距離相等時，第一組陣列可包含傳感器陣列308和310。另外，處理單元306比較由來自第一組陣列的每個陣列觀察的平均距離。例如，由陣列308觀察的平均距離與由第一組陣列中的另一陣列310觀察的平均距離比較。處理單元306還配置為從第一組陣列中選擇大于剩余平均距離的平均距離作為參考或期望距離。例如，當陣列308的平均距離大于或等于由第一組陣列中的另一陣列310觀察的平均距離時，由陣列308觀察的平均距離可被選擇為期望距離。因此，當放置陣列308來檢測具有與剩余鉆桿214的直徑比較的最小直徑的鉆桿214的部分時，處理單元306配置為選擇陣列308與鉆桿214之間的距離作為期望距離。例如，可安置陣列308使得它被放置鄰近不包含鉆桿接頭的鉆桿的部分。然而，可安置陣列310使得它鄰近鉆桿214的鉆桿接頭。在這樣的場景中，在期望距離的動態確定中，處理單元306配置為選擇陣列308與鉆桿214之間的距離作為期望距離。
[0037]圖4圖示用于BOP中的鉆桿的位置的確定的系統的另一示范性實施例400。系統包含套管402、多個感測裝置404、處理單元406、和識別令牌408。感測裝置404安置在套管402上來定義感測裝置404的多個陣列410、412、和414。套管402安置在被監測的鉆桿214的部分的外表面上。識別令牌408位于被監測的鉆桿的部分上的預定位置。識別令牌408可以是主動令牌以及被動令牌。
[0038]根據一個實施例，每個感測裝置404包含配置為將詢問信號傳輸到被監測的鉆桿214的部分的收發器。在一個實施例中，詢問信號可以是入射在被監測的鉆桿214上的射頻(RF)信號。位于被監測的鉆桿214上的預定位置的識別令牌408接收傳輸的詢問信號并且生成對傳輸的信號的響應。響應(稱為位置信號)被傳遞到處理單元406。處理單元406配置為基于位置信號來確定鉆桿與感測裝置404之間的距離。根據一個實施例，處理單元406配置為使用由感測裝置404接收的位置信號的強度來計算每個感測裝置404與鉆桿214之間的距離。處理單元406還可包含多個信號處理部件，配置為消除來自從感測裝置404接收的位置信號的噪聲。另外，處理單元406可配置為通過測量在每個感測裝置404從令牌408接收位置信號所花費的時間來計算感測裝置404與鉆桿214之間的距離。
[0039]在識別令牌408是主動識別令牌的情況下，識別令牌408配置為將位置信號周期性地傳輸到感測裝置404。處理單元406配置為基于由每個感測裝置404接收的位置信號的強度來確定感測裝置404與鉆桿214之間的距離。
[0040]在操作期間，每個感測裝置404生成指向識別令牌408的信號并且從識別令牌408接收位置信號。處理單元406基于每個位置信號來計算鉆桿214與感測裝置404之間的距離。另外，處理單元406確定監測鉆桿214的參考距離。參考距離從每個感測裝置404與鉆桿214之間的距離來計算。處理單元406還配置為基于感測裝置404與鉆桿214之間的距離與參考距離之間的比較來生成告警。
[0041 ]圖5圖示用于BOP組212中的鉆桿214的位置的確定的方法的流程圖。在502，方法包含從多個感測裝置接收多個位置信號。生成多個位置信號作為對由多個感測裝置中的每個生成的、入射在被監測的鉆桿上的輸入信號的響應。感測裝置安置在套管上，所述套管安置在被監測的鉆桿的外表面上。感測裝置布置在套管上來定義感測裝置的多個陣列。布置感測裝置的陣列使得每個陣列周向地覆蓋鉆桿并且感測裝置的陣列覆蓋套管的長度。
[0042]另外，在504，計算感測裝置與鉆桿之間的參考距離。感測裝置與鉆桿之間的參考距離基于每個感測裝置與鉆桿之間的確定的距離來計算。確定的距離間的最大的距離可被選擇為參考距離。另外，在506，方法包含比較每個感測裝置相對于鉆桿的距離與參考距離。在508，方法包含:當參考距離大于多個感測裝置中的至少一個與鉆桿之間的距離時或當參考距離大于感測裝置的至少一個陣列的感測裝置與鉆桿之間的平均距離時，生成告警。
[0043]因此提供上述各個實施例以用于用于防噴器中的鉆桿的位置的確定的方法和系統。用于確定的系統對于由BOP內的鉆桿的橫向和/或角度移動導致的位置中的改變生成告警。另外，當在BOP中存在在直徑上大于剩余鉆桿的鉆桿的部分時，系統也生成告警。系統包含參考距離的動態確定，因此考慮由于外來材料的存在(可干擾來自鉆桿的響應信號)的在每個感測裝置中導致的偏置。另外，系統包含自校準機制，其允許系統對于鉆桿的位置的確定(即使當BOP中的鉆桿的整體直徑改變時)是高效率的并且有用的。
[0044]要理解，以上描述旨在是說明性的并且不是限制性的。例如，可彼此組合使用上述的實施例(和/或其方面)。此外，可作出許多修改來將特定情況或材料適應于本發明的教導而不脫離其范圍。雖然本文描述的材料的尺寸和類型旨在定義本發明的參數，但是它們絕不是限制性的，而是示范性實施例。在回顧以上描述后，許多其它實施例將對于本領域的普通技術人員是明顯的。因此，應該參考所附的權利要求，連同這樣的權利要求所賦權的等效的全部范圍來確定本發明的范圍。在所附的權利要求中，術語“包含”和“在…中”用作相應術語“包括”和“其中”的簡明英語等效。此外，在所附的權利要求中，術語“第一”、“第二”等僅用作標簽，并且并不旨在對它們的對象強加數字或位置要求。另外，所附的權利要求的限制不以部件加功能格式書寫并且并不旨在基于35 U.S.C.§112，第六段來解釋，除非并且直到這樣的權利要求限制清楚地使用短語“用于…的部件”并且后面跟隨沒有另外的結構的功能陳述。
[0045]本書面描述使用不例來公開本發明的若干實施例(包含最佳模式)，并且也使本領域的任何普通技術人員能實踐發明的實施例，包含制造和使用任何裝置或系統以及執行任何并入的方法。本發明的可專利范圍是由權利要求限定，并且可包含本領域的普通技術人員所想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有與權利要求的字面語言沒有不同的結構元件，或如果這樣的其它示例包含具有與權利要求的字面語言沒有實質差別的等效結構元件，則這樣的其它示例旨在為權利要求的范圍內。
[0046]如本文所使用的，以單數表述并且前綴有單詞“一”或“一個”的元件或步驟應理解為不排除復數個所述元件或步驟，除非清楚地表述這樣的排除。此外，對本發明的“一個實施例”的參考并不旨在解釋為排除也并入所述特征的附加實施例的存在。此外，除非清楚地以相反方式表述，實施例“包括”、“包含”、或“具有”具有特定性質的元件或多個元件可包含不具有那個性質的附加的這樣的元件。
[0047]由于可在上述的系統和方法中作出某些改變用于BOP中的鉆桿的位置的確定而不脫離本文涉及的本發明的精神和范圍，旨在以上描述或在附圖中示出的所有主題應該解釋為只是示例，其圖示本文的發明性概念，并且不應視為限制本發明。
【主權項】
1.一種系統，用于檢測相對于防噴器(BOP)的鉆桿的位置，包括: 套管，配置為安置在所述鉆桿的部分的外表面的周圍，其中所述套管的長度大于或等于所述鉆桿的所述部分的長度； 多個感測裝置，配置為生成多個位置信號，其中所述多個感測裝置布置為形成感測裝置的多個陣列并且其中所述多個陣列中的每個周向地安置在所述套管的周圍并且沿著所述套管的所述長度而彼此間隔；以及 處理單元，配置為: 基于所述多個位置信號來計算所述鉆桿與所述多個感測裝置中的每個之間的距離； 當從至少一個感測裝置確定的所述鉆桿的距離不同于所述鉆桿與所述感測裝置之間的參考距離時，生成第一告警；以及 當所述鉆桿與感測裝置的至少一個陣列的每個感測裝置之間的距離不同于所述鉆桿與感測裝置之間的所述參考距離時，生成第二告警。2.如權利要求1所述的系統，其中所述鉆桿與感測裝置之間的所述參考距離包括所述鉆桿與所述多個感測裝置中的至少一個感測裝置之間的距離。3.如權利要求2所述的系統，其中所述處理單元還配置為: 比較第一組陣列中的每個與所述鉆桿之間的平均距離，其中所述第一組陣列中的每個陣列中的每個感測裝置與所述鉆桿之間的距離等于所述相應陣列的剩余感測裝置與所述鉆桿之間的距離；以及 選擇大于剩余平均距離的平均距離作為所述參考距離。4.如權利要求1所述的系統，其中所述鉆桿與感測裝置之間的所述參考距離包括參考鉆桿與所述感測裝置之間的預定距離。5.如權利要求1所述的系統，其中所述鉆桿與感測裝置之間的所述參考距離包括由作業者提供的距離。6.如權利要求1所述的系統，其中所述多個感測裝置包括超聲感測裝置。7.如權利要求6所述的系統，其中所述多個位置信號包括所述鉆桿對由所述多個感測裝置傳輸的入射超聲信號的響應，并且其中所述鉆桿的距離是從由所述感測裝置收集所述鉆桿對所述入射超聲信號的所述響應所花費的時間來確定。8.如權利要求1所述的系統，其中所述多個感測裝置中的每個包括射頻傳送器，其中所述射頻傳送器配置為生成詢問信號。9.如權利要求8所述的系統，還包括射頻識別令牌，所述射頻識別令牌位于所述鉆桿上的預定義位置。10.如權利要求9所述的系統，其中所述多個位置信號包括所述射頻識別令牌對由所述射頻傳送器傳輸的所述詢問信號的響應，并且其中所述鉆桿的距離是從所述射頻識別令牌對所述詢問信號的所述響應的強度來確定。11.如權利要求1所述的系統，還包括數據倉庫，所述數據倉庫配置為存儲相對于所述感測裝置的在先鉆桿距離信息。12.如權利要求11所述的系統，其中所述處理單元配置為比較從所述多個位置確定的所述鉆桿相對于所述多個感測裝置的距離與所述在先鉆桿距離信息。13.如權利要求12所述的系統，還包括校準單元，所述校準單元配置為當所述在先鉆桿距離與從所述多個位置信號確定的所述鉆桿相對于每個感測裝置的距離之間的差別相同時，校準所述多個感測裝置。14.一種方法，用于監測相對于防噴器(BOP)的鉆桿的位置，包括: 從多個感測裝置接收多個位置信號，其中所述多個感測裝置安置在套管上來沿著所述套管的長度形成感測裝置的多個陣列，并且其中所述套管安置在所述鉆桿的部分的外表面上； 計算所述多個感測裝置與所述鉆桿的所述部分之間的參考距離； 比較每個感測裝置與所述鉆桿之間的距離與所述參考距離；以及 當所述參考距離大于至少一個感測裝置與所述鉆桿之間的距離或至少一個陣列的感測裝置與所述鉆桿之間的平均距離中的至少一個時，生成多個告警中的至少一個。15.如權利要求14所述的方法，其中所述多個位置信號包含對由所述多個感測裝置中的每個傳輸的超聲信號的響應。16.如權利要求14所述的方法，其中所述多個位置信號包含對由所述多個感測裝置的每個傳輸的射頻詢問信號的響應。17.如權利要求15所述的方法，其中比較所述多個位置信號包括比較從所述鉆桿接收對由所述多個感測裝置的每個傳輸的所述超聲信號的所述響應所花費的時間。18.如權利要求16所述的方法，其中比較所述多個位置信號包括比較對由所述多個感測裝置的每個傳輸的所述射頻詢問信號的所述響應的強度。19.如權利要求14所述的方法，還包括:當相對于所述BOP的所述鉆桿的確定的位置不同于相對于所述BOP的所述鉆桿的初始位置時，生成告警。
【文檔編號】E21B33/064GK105917070SQ201580004802
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年1月15日
【發明人】E.A.安達拉維斯, D.W.塞克斯頓, C.E.沃爾夫, E.J.尼特斯, Y.A.普羅特尼科夫, M.J.德爾安諾
【申請人】通用電氣公司