用于對(duì)管進(jìn)行接管和拆管的自動(dòng)化系統(tǒng)和方法
【專(zhuān)利摘要】一種用以對(duì)管進(jìn)行接管或拆管的自動(dòng)化的管處理系統(tǒng)100，所述系統(tǒng)包括：旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器200，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器適合于可操作地抓住管650，以連接至管柱750或從所述管柱750分離；控制器300，所述控制器適合于接收和處理指示與所述管柱750的接管和拆管相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)、扭矩和最小時(shí)間值的數(shù)據(jù)；和用戶(hù)界面400，所述用戶(hù)界面適合于向操作者傳送所述管的接管或拆管的所接收的數(shù)據(jù)、預(yù)定值或所接收和數(shù)據(jù)和預(yù)定值兩者。還公開(kāi)了自動(dòng)化方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于對(duì)管進(jìn)行接管和拆管的自動(dòng)化系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及適合于將管接管至管柱或者將管從管柱上拆管的自動(dòng)化的管處理系 統(tǒng)，其具有:旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器；控制器，其適合于通過(guò)比較旋轉(zhuǎn)、扭矩和最小時(shí)間的值與可接受 的預(yù)定值，接收和處理指示旋轉(zhuǎn)、扭矩和最小時(shí)間的值的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，以確定何時(shí)完成接管和 拆管；和用戶(hù)界面，以及涉及用于實(shí)現(xiàn)這種管的接管或拆管的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]石油和天然氣井鉆井系統(tǒng)包括多種類(lèi)型的管道系統(tǒng)，通常將其稱(chēng)為“管”。管包括 鉆管、套管和其它可螺紋連接的石油和天然氣井結(jié)構(gòu)。通常使用相結(jié)合的管組成的長(zhǎng)鉆柱 鉆出井筒，或者在鉆井后抑制或防止井筒坍塌。通過(guò)一端上存在陽(yáng)型螺紋并且在另一端上 存在陰型螺紋制作一些管。其它管的特征在于，在任一端上都為陽(yáng)型螺紋，并且使用具有兩 個(gè)陰型螺紋的螺紋接箍在管之間形成連接。將一系列管連接在一起以產(chǎn)生鉆柱的操作被稱(chēng) 為“接管”過(guò)程，而通常將相反的操作稱(chēng)為“拆管”過(guò)程。
[0003]當(dāng)結(jié)合用于油井的多段管的長(zhǎng)度時(shí)，管系的長(zhǎng)度之間的連接的特性是關(guān)鍵的。特 別地，由于在勘探和生產(chǎn)期間，石油行業(yè)已經(jīng)更深地鉆入地表，所以已經(jīng)遇到了更大壓力。 需要可靠的方法確保良好連接。
[0004]一種連接方法包括:連接兩根協(xié)作配合的螺紋管段；通過(guò)動(dòng)力鉗使管段相對(duì)彼此 旋轉(zhuǎn)；測(cè)量所施加的、使一根管段相對(duì)于另一根管段旋轉(zhuǎn)的扭矩，以及一根管段相對(duì)另一根 管段旋轉(zhuǎn)的次數(shù)或圈數(shù)。將指示扭矩和圈數(shù)的信號(hào)傳送給控制器，該控制器則確定所測(cè)量 的扭矩和圈數(shù)是否落入已知產(chǎn)生良好連接的預(yù)定的扭矩和圈數(shù)范圍內(nèi)。一旦達(dá)到了處于 指定最小和最大值(稱(chēng)為安全值(dump valve))內(nèi)的扭矩-圈數(shù)值,則終止動(dòng)力鉗施加的扭 矩。然后，輸出信號(hào)，例如可聽(tīng)信號(hào)運(yùn)行，以指示該連接是否為好連接或壞連接。
[0005]當(dāng)前實(shí)踐通常包括將所述連接在預(yù)定的扭矩范圍內(nèi)接管，同時(shí)繪制施加的扭矩與 旋轉(zhuǎn)或時(shí)間的曲線，然后視覺(jué)檢查并且確定接管的質(zhì)量。這需要具有手動(dòng)人工響應(yīng)的第三 方界面，以停止接管過(guò)程。在許多實(shí)施中，需要手動(dòng)干涉，以在用于進(jìn)行接管的旋轉(zhuǎn)之前檢 查管之間的接觸。一些對(duì)自動(dòng)化接管過(guò)程的傳統(tǒng)嘗試依賴(lài)于過(guò)于有限而難以監(jiān)測(cè)和確認(rèn)已 經(jīng)做出適當(dāng)連接的信息。在美國(guó)專(zhuān)利N0.7，712，523 -J, 594, 540 -J, 568, 522 -J, 296,623 ； 7，281，587 ;7，264，050 ;7，100，698 ;6，536，520 和 7，896，084 中描述了各種傳統(tǒng)的接管技 術(shù)。
[0006]因此，存在一種對(duì)確保做出了良好連接，同時(shí)最小化或消除直接人類(lèi)參與的自動(dòng) 化的接管系統(tǒng)和方法的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本公開(kāi)涵蓋一種適合于將管接管至管柱或者將管從管柱上拆管的自動(dòng)化的管處 理系統(tǒng)，包括:旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，其適合于可操作地抓住和旋轉(zhuǎn)管；控制器，其適合于接收和處 理指示關(guān)聯(lián)管和管柱的接管和拆管的旋轉(zhuǎn)、扭矩和最小時(shí)間的值的數(shù)據(jù)，其中該控制器比較旋轉(zhuǎn)、扭矩和最小時(shí)間的值與可接受的預(yù)定值，以確定何時(shí)完成接管和拆管；和用戶(hù)界面，適合于向操作者傳送管的接管或拆管的所接收的數(shù)據(jù)、預(yù)定值或所接收的數(shù)據(jù)和預(yù)定值兩者。[0008]在優(yōu)選實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括服務(wù)器，其包括多根管的比較處理信息，并且所述服務(wù)器適合于在控制器和用戶(hù)界面每個(gè)之間交換信息，其中處理信息包括螺紋計(jì)數(shù)和大小、或者將一對(duì)管接管或拆管所需的旋轉(zhuǎn)信息至少其中之一。在更優(yōu)選實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括可操作地關(guān)聯(lián)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的多個(gè)傳感器，以在操作中測(cè)量旋轉(zhuǎn)、扭矩和最小時(shí)間。在另一更優(yōu)選實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括通信網(wǎng)絡(luò)，其適合于將從一個(gè)或更多傳感器接收的信息傳達(dá)給控制器，在控制器和服務(wù)器之間傳達(dá)，以及從控制器或服務(wù)器向用戶(hù)界面?zhèn)鬟_(dá)，或上述的任何組合。在另一更優(yōu)選實(shí)施例中，通信網(wǎng)絡(luò)是無(wú)線的。
[0009]在另一實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括可操作的停止按鈕，其適合于允許人類(lèi)操作員中斷控制器，并且在不使管掉落的情況下(即，在管被設(shè)備保持的同時(shí))停止自動(dòng)化管處理。在又一實(shí)施例中，用戶(hù)界面包括顯示單元。在再一實(shí)施例中，控制器適合于當(dāng)超過(guò)最小時(shí)間值，并且旋轉(zhuǎn)和扭矩值至少其中之一至少基本匹配相應(yīng)的預(yù)定值時(shí)，停止接管或拆管過(guò)程。在又一實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括配重，其可操作地關(guān)聯(lián)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，以提供管或管柱，或管和管柱兩者的位置或者其施加的重量至少其中之一的反饋。在再一實(shí)施例中，可接受的旋轉(zhuǎn)、扭矩和持續(xù)的最小時(shí)間的預(yù)定值中的一個(gè)或更多個(gè)取決于關(guān)聯(lián)正在處理的管的一個(gè)或更多參數(shù)。在優(yōu)選實(shí)施例中，基于下列多種因素調(diào)節(jié)參數(shù)，包括管道等級(jí)；管類(lèi)型；標(biāo)稱(chēng)外徑尺寸；每英尺的重量；螺紋數(shù)；接箍螺紋類(lèi)型，或上述的組合。
[0010]本公開(kāi)也涵蓋了通過(guò)下列方式將管與管柱接管或?qū)⒐軓墓苤喜鸸艿淖詣?dòng)化方法，即:選擇第一管和第二管以彼此接管或拆管，其中第二管形成一部分管柱；向控制器輸入關(guān)于管的信息；開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，以將第一管與第二管接管，或者將第一管從第二管上拆管；在接管或拆管期間，監(jiān)測(cè)一個(gè)或更多傳感器，以獲得關(guān)于旋轉(zhuǎn)圈數(shù)、扭矩和開(kāi)始旋轉(zhuǎn)后持續(xù)的最小時(shí)間的測(cè)量數(shù)據(jù)；比較測(cè)量數(shù)據(jù)與旋轉(zhuǎn)圈數(shù)、扭矩和持續(xù)的最小時(shí)間的可接受的預(yù)定值；和基于開(kāi)始旋轉(zhuǎn)后持續(xù)的最小時(shí)間以及旋轉(zhuǎn)圈數(shù)或扭矩的比較，停止旋轉(zhuǎn)，其中至少兩個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)滿(mǎn)足或超過(guò)相應(yīng)的可接受的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)、扭矩和持續(xù)的最小時(shí)間的值中的至少兩個(gè)值。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，基于下列多種因素調(diào)節(jié)關(guān)于管的輸入信息，包括管道等級(jí)；管類(lèi)型；標(biāo)稱(chēng)外徑尺寸；每英尺的重量；螺紋數(shù)；接箍螺紋類(lèi)型，或上述的組合。在另一實(shí)施例中，該方法還包括如果圈數(shù)、扭矩或持續(xù)的最小時(shí)間的值其中之一不可接受，就開(kāi)始補(bǔ)救動(dòng)作。在優(yōu)選實(shí)施例中，補(bǔ)救動(dòng)作包括自動(dòng)重新開(kāi)始接管或拆管，或上述的組合。在又一優(yōu)選實(shí)施例中，補(bǔ)救動(dòng)作包括向操作者提供警告信號(hào)。在一個(gè)更優(yōu)選實(shí)施例中，操作者手動(dòng)停止或重新開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，或手動(dòng)停止和重新開(kāi)始旋轉(zhuǎn)兩者。
[0012]在另一實(shí)施例中，該方法還包括測(cè)量第一和第二管之間的扭矩的變化、每個(gè)配重缸的張力值的變化，或上述的組合。在又一實(shí)施例中，基于連接至正在接管或拆管的管的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，測(cè)量扭矩。在優(yōu)選實(shí)施例中，存在至少一個(gè)配重缸，并且其具有反饋，該反饋包括下列至少其中之一:管相對(duì)初始位置、相對(duì)管柱、相對(duì)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器或上述的組合的位置?’最小旋轉(zhuǎn)時(shí)間；和施加在管或管柱上的重量設(shè)置，或上述兩者。在另一實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)圈數(shù)、扭矩和時(shí)間的可接受的預(yù)定值包括最大、最小和最佳值至少其中兩個(gè)值。在再一實(shí)施例中，通信包括控制器和可操作地關(guān)聯(lián)控制器、服務(wù)器或控制器和服務(wù)器兩者的多個(gè)傳感器之間的 無(wú)線通信，以測(cè)量旋轉(zhuǎn)、扭矩和持續(xù)的最小時(shí)間。在又一實(shí)施例中，該方法還包括向操作者 顯示測(cè)量數(shù)據(jù)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)充分可接受時(shí)，顯示器顯示單詞“通過(guò)”和 成功的第二指示，或者當(dāng)測(cè)量值不可接受時(shí)，就顯示“失敗”和失敗的第二指示。在再一實(shí) 施例中，該方法還包括比較至少兩個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)值與至少兩個(gè)可接受的預(yù)定值，其中至少一 個(gè)值是持續(xù)的最小時(shí)間。在進(jìn)一步實(shí)施例中，控制器、操作者或控制器和操作者兩者開(kāi)始終 止旋轉(zhuǎn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，控制器在停止旋轉(zhuǎn)之前基于一個(gè)或更多比較值減慢旋轉(zhuǎn)。
[0013]本公開(kāi)也涵蓋通過(guò)下列方式利用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器將管與管柱接管或?qū)⒐軓墓苤喜?管的自動(dòng)化方法，即:選擇第一管和第二管以彼此接管或拆管；向控制器輸入關(guān)于管的信 息，其中控制器被編程有圈數(shù)、扭矩和持續(xù)的最小時(shí)間的可接受的預(yù)定值；開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，以將 管與管柱接管，或者將管從管柱上拆管；在接管或拆管期間，監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)、扭矩和持續(xù)的 最小時(shí)間，以獲得測(cè)量數(shù)據(jù)；將來(lái)自可操作地關(guān)聯(lián)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)傳送給 控制器；和基于測(cè)量數(shù)據(jù)與初始旋轉(zhuǎn)的值的比較處于所有三個(gè)可接受的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)、扭矩和 持續(xù)的最小時(shí)間的范圍內(nèi)，停止旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括:如果圈數(shù)、扭矩或持 續(xù)的最小時(shí)間的值其中之一不可接受，就開(kāi)始補(bǔ)救動(dòng)作。在又一實(shí)施例中，該方法還包括向 操作者顯示測(cè)量數(shù)據(jù)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]當(dāng)參考附圖閱讀時(shí)，通過(guò)下文詳細(xì)說(shuō)明將最好地理解本公開(kāi)。應(yīng)強(qiáng)調(diào)，根據(jù)行業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)實(shí)踐，未按比例繪制各特征。實(shí)際上，為了清楚地討論，可任意放大或縮小各特征的尺寸。
[0015]圖1是根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)或更多方面的自動(dòng)化接管系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的圖示；和
[0016]圖2是根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)或更多方面的優(yōu)選的接管過(guò)程的過(guò)程流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本公開(kāi)涉及來(lái)自聯(lián)接控制模塊/控制器的多個(gè)參數(shù)的信息的協(xié)作組合，該控制模 塊/控制器基于反饋改變旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)操作，以產(chǎn)生關(guān)于自動(dòng)化的管接管和拆管操作的提高的 置信水平。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法尋求人為誤差和運(yùn)行時(shí)間兩者的最小化，同時(shí)有利地提供 更快速度和經(jīng)濟(jì)可行地運(yùn)行管。能夠通過(guò)根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的自動(dòng)化且更能故障保護(hù)所使 用的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，以確認(rèn)適當(dāng)?shù)貙?duì)管進(jìn)行接管和拆管。
[0018]本系統(tǒng)和方法應(yīng)用于任意種具有交接部(shoulder)密封的螺紋構(gòu)件，包括但不限 于:管，例如鉆管，管系和套管；立管；以及張力構(gòu)件。根據(jù)本公開(kāi)的各方面，減輕了螺紋接 頭的連接松動(dòng)以及對(duì)螺紋接頭的損傷的可能性。
[0019]參考圖1，本公開(kāi)的自動(dòng)化管處理系統(tǒng)100適合于對(duì)管進(jìn)行接管或拆管。該系統(tǒng) 包括:旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器200，其適合于可操作地抓住管；控制器300 ;用戶(hù)界面400 ;和管處理裝 置700。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器200通常包括頂部驅(qū)動(dòng)器或方鉆桿驅(qū)動(dòng)器(kelly drive).管處理裝置 700包括任何適當(dāng)?shù)你@井機(jī)構(gòu)或抓管機(jī)構(gòu)。優(yōu)選地，管處理裝置700是這樣一種裝置，其包 括美國(guó)專(zhuān)利N0.7，445，050和7，552，764 ;美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)N0.2009/0321064 ;和2010年 12月30日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.12/982，644中所述的一種或更多種特征，每個(gè)公開(kāi)內(nèi)容 都在此通過(guò)引用以其整體并入?？扇芜x地但是優(yōu)選地是，該系統(tǒng)也包括服務(wù)器(未示出)，其可操作地至少關(guān)聯(lián)控制器，并且可任選地也關(guān)聯(lián)用戶(hù)界面。這種服務(wù)器能夠包括多個(gè)管的比較處理信息，并且其適合于在控制器和用戶(hù)界面每個(gè)之間交換信息。
[0020]控制器300包括可編程中心處理單元，其可與存儲(chǔ)器、大容量存儲(chǔ)裝置、輸入控制單元和顯示單元一起運(yùn)行。另外，控制器300還能夠包括一個(gè)或更多支持電路，諸如電源、時(shí)鐘、高速緩沖存儲(chǔ)器、輸入/輸出電路，等等?？刂破?00適合于從傳感器500或其它裝置或上述的組合接收數(shù)據(jù)，并且適合于控制與其連接的一個(gè)或更多裝置?？刂破?00能夠?yàn)槿魏慰删幊萄b置，例如任何適當(dāng)?shù)目删幊踢壿嬁刂破?PLC)，諸如計(jì)算機(jī)。
[0021]在正常操作期間，控制器300執(zhí)行主要程序讀取，在重復(fù)性基礎(chǔ)上比較和計(jì)算扭矩、圈數(shù)和持續(xù)的最小時(shí)間。優(yōu)選地，以規(guī)律間隔測(cè)量扭矩、圈數(shù)和持續(xù)的最小時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)獲取程序指令，并且將它們存貯在主存儲(chǔ)器或者其它永久性電子存儲(chǔ)裝置內(nèi)，例如閃存、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，或者任何其它可用的存儲(chǔ)裝置中。然后，計(jì)算機(jī)執(zhí)行存貯在主存貯器(或其它存儲(chǔ)裝置)中的程序指令，以實(shí)施接管的控制系統(tǒng)的功能。這里的許多實(shí)施例都僅涉及管的“接管”，然而，也應(yīng)將本公開(kāi)理解為，為了拆管，包括所有這些接管的設(shè)備、系統(tǒng)和方法的相反操作。計(jì)算機(jī)使用程序指令，以產(chǎn)生命令信號(hào)，并且將命令信號(hào)傳送至旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器200。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器200響應(yīng)命令信號(hào)，并且產(chǎn)生被傳送回控制器300的反饋信號(hào)。計(jì)算機(jī)通過(guò)外部I/O裝置接收反饋信號(hào)。然后，計(jì)算機(jī)使用反饋信號(hào)和程序指令，以產(chǎn)生用于傳送至旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器200的另外的命令信號(hào)。
[0022]重要的是，圖1的控制器300響應(yīng)相應(yīng)于下列參數(shù)的信號(hào):1)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器向管650施加的和/或管650和管柱750之間施加的扭矩；2)接管或拆管操作的各個(gè)階段之間的持續(xù)的最小時(shí)間，或者從操作開(kāi)始至結(jié)束的持續(xù)的時(shí)間；和3)管650的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。這些參數(shù)用于確定何時(shí)已經(jīng)做出了好接頭或壞接頭，或者何時(shí)已經(jīng)適當(dāng)?shù)財(cái)嚅_(kāi)了接頭。例如，如果在接管操作開(kāi)始時(shí)已經(jīng)發(fā)生了螺紋錯(cuò)扣，則甚至在已經(jīng)持續(xù)最小時(shí)間之前，扭矩就將太快速地增大，并且該操作將被視為壞連接。當(dāng)已經(jīng)發(fā)生了壞連接時(shí)，優(yōu)選地是，通過(guò)在相反方向上逆轉(zhuǎn)，使可旋轉(zhuǎn)的管后退，從而確保操作始于處于適當(dāng)分開(kāi)但是相鄰或接觸的位置處的螺紋。
[0023]控制器300監(jiān)測(cè)圈數(shù)計(jì)數(shù)信號(hào)、扭矩信號(hào)和最小時(shí)間信號(hào)，并且將這些信號(hào)的測(cè)量值與預(yù)定值比較。通過(guò)計(jì)算機(jī)的一個(gè)或更多功能單元，諸如控制器模塊或其它適當(dāng)?shù)墓δ軉卧?，?zhí)行所測(cè)量的圈數(shù)計(jì)數(shù)信號(hào)、扭矩信號(hào)和時(shí)間的值關(guān)于預(yù)定值的比較。
[0024]優(yōu)選地，當(dāng)旋轉(zhuǎn)、扭矩和持續(xù)的最小時(shí)間值這三個(gè)中的至少兩個(gè)值至少基本匹配相同的預(yù)定值參數(shù)時(shí)，控制器300停止接管或拆管過(guò)程。在例證性實(shí)施例中，控制器300基于所有三個(gè)參數(shù)停止該過(guò)程。在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)參數(shù)是從開(kāi)始對(duì)管或管柱進(jìn)行接管或拆管操作起持續(xù)的最小時(shí)間?！盎酒ヅ洹钡囊馑际?，該值處在預(yù)定值的上下約1-20%內(nèi)，優(yōu)選為約3-15%內(nèi)，并且更優(yōu)選為約5-10%內(nèi)。在優(yōu)選實(shí)施例中，預(yù)定值本身是一個(gè)數(shù)值范圍。例如，如果扭矩的預(yù)定值是3750英尺-磅-7500英尺-磅，則對(duì)于基本匹配的測(cè)量扭矩，測(cè)量扭矩將為約3000英尺-磅-9000英尺-磅,優(yōu)選為約3187.5英尺-磅-8625英尺-磅，并且更優(yōu)選為約3375英尺-磅-8250英尺-磅。
[0025]可能為了特殊連接，由操作者或通過(guò)其它方式從計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器(或其它存儲(chǔ)裝置)輸入或選擇的例示性預(yù)定值包括:正被接管或拆管的管與管柱之間的增量扭矩值；增量圈數(shù)值(即，圈數(shù)的變化);增量張力值(例如，一個(gè)或更多配重缸的張力的變化);最小和最大圈數(shù)值；最小和最大扭矩值；持續(xù)的最小和最大時(shí)間值；最佳扭矩值；最佳圈數(shù)值；和持續(xù)的 最佳時(shí)間值。優(yōu)選地，選擇旋轉(zhuǎn)圈數(shù)、扭矩和持續(xù)的最小時(shí)間的可接受的預(yù)定值，并且其包 括最大、最小和最佳值中的至少兩個(gè)值。可由操作者通過(guò)輸入裝置將預(yù)定值輸入計(jì)算機(jī)，該 輸入裝置諸如鍵盤(pán)，能夠作為多個(gè)輸入裝置中的一個(gè)包括該輸入裝置。開(kāi)發(fā)控制器300，從 而通過(guò)簡(jiǎn)單、易于使用的用戶(hù)界面自動(dòng)化該過(guò)程。
[0026]預(yù)定值基于管650的特定參數(shù)，例如，包括管道級(jí)別；管類(lèi)型；標(biāo)稱(chēng)外徑尺寸；每英 尺的重量；接箍螺紋類(lèi)型；螺紋數(shù)；每英寸的螺紋數(shù)；或上述的組合。除了螺紋構(gòu)件的幾何 形狀之外，可在導(dǎo)出扭矩、圈數(shù)和持續(xù)的最小時(shí)間的預(yù)定值時(shí)考慮各種其它變量和因素。例 如，潤(rùn)滑劑和環(huán)境條件可能影響預(yù)定值。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于特殊管連接，使用源自先前 的接管或拆管操作的信息，在控制器300中存儲(chǔ)一組預(yù)定參數(shù)(理論上，其源自先前批次的 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，或者源自測(cè)量值)。在其它實(shí)施例中，從不同的井筒或多個(gè)井筒收集存儲(chǔ)在數(shù) 據(jù)庫(kù)中的數(shù)值。然后，可在相同條件期間，快速獲取該信息。在一些實(shí)施例中，基于在當(dāng)前 操作期間傳送給控制器300的反饋信號(hào)，連續(xù)地更新預(yù)定值。
[0027]當(dāng)已經(jīng)達(dá)到了最小扭矩、最小時(shí)間值或最小圈數(shù)值時(shí)，控制器300將尋找其它參 數(shù)的最小值，并且如果在達(dá)到了這些其它參數(shù)中的一個(gè)參數(shù)的最大值之前，已經(jīng)達(dá)到了其 它參數(shù)的最小值，就指示已經(jīng)做出了良好接頭。在對(duì)于給定的接管使用兩個(gè)參數(shù)的情況下， 只要兩個(gè)數(shù)值都保持在可接受范圍內(nèi)，則一旦達(dá)到了第一目標(biāo)，旋轉(zhuǎn)就可繼續(xù)，或者直到達(dá) 到第一目標(biāo)為止。
[0028]如果反饋信號(hào)指示已經(jīng)做出了壞連接，則控制器300或操作者就能夠在接管或拆 管期間停止旋轉(zhuǎn)。例如，如果圈數(shù)、扭矩或時(shí)間中的其中一個(gè)值不可接受，則控制器300可 產(chǎn)生安全信號(hào)，以切斷旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器200，從而允許管650停止。也可在檢測(cè)出終止連接位置 或壞連接時(shí)，發(fā)出安全信號(hào)。這些信號(hào)可自動(dòng)切斷操作，或者可用于通知操作員維修，或者 上述兩者。該系統(tǒng)還可向操作者產(chǎn)生警告信號(hào)，諸如聽(tīng)覺(jué)信號(hào)、閃光，等等。例如，如果在持 續(xù)了最小時(shí)間之后，接著持續(xù)了最大時(shí)間，而未實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)娜?shù)和扭矩值，則控制器就將認(rèn) 為連接(或斷開(kāi))失敗，并且將采取補(bǔ)救動(dòng)作。另一實(shí)例是，在開(kāi)始操作后持續(xù)最小時(shí)間之 前，當(dāng)圈數(shù)或扭矩值超過(guò)允許的最大值的時(shí)候，在該情況下，也將認(rèn)為連接(或斷開(kāi))失敗。
[0029]優(yōu)選地，系統(tǒng)100包括可操作的停止按鈕，其適合于允許人類(lèi)操作者手動(dòng)停止自 動(dòng)化的管操作。優(yōu)選的是處于鉆架地面上和處于鉆機(jī)控制站處的可操作的停止按鈕。
[0030]在所示實(shí)施例中，控制器300確認(rèn)適當(dāng)?shù)慕庸芑虿鸸?，并且如果三個(gè)參數(shù)中的任 何一個(gè)失敗，就可根據(jù)操作者的判斷要求重新開(kāi)始或拆管。一旦其中一個(gè)測(cè)量值不可接受， 控制器300就開(kāi)始補(bǔ)救動(dòng)作。通常，補(bǔ)救動(dòng)作包括重新開(kāi)始對(duì)該連接的接管或拆管，或上述 的組合。
[0031]通常，為了重新開(kāi)始接管操作，控制器300分開(kāi)連接，并且再次自動(dòng)開(kāi)始連接過(guò) 程。在一個(gè)實(shí)施例中，在第一次失敗之后，控制器300可自動(dòng)向操作者發(fā)送信號(hào)，以重新輸 入管的參數(shù)，檢查當(dāng)前參數(shù)是否正確，或者選擇新的管。在其它實(shí)施例中，控制器300將嘗 試再次對(duì)該連接進(jìn)行接管，并且如果在多次嘗試后仍不能做出適當(dāng)連接，控制器300就要 求人類(lèi)操作者檢查和輸入新數(shù)據(jù)。
[0032]如圖所示，系統(tǒng)100使用傳感器500檢測(cè)驅(qū)動(dòng)軸的圈數(shù)、當(dāng)前頂部驅(qū)動(dòng)器的扭矩和 旋轉(zhuǎn)時(shí)間。控制器300使用該信息確認(rèn)管對(duì)已經(jīng)實(shí)際結(jié)合，并且完成了接管或拆管序列。應(yīng)理解，在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)100可基于通常通過(guò)控制裝置提供的傳感器輸入而直接地測(cè)量圈數(shù)、扭矩和最小旋轉(zhuǎn)時(shí)間其中之一或更多。
[0033]在另一實(shí)施例中，能夠在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器200處布置圈數(shù)計(jì)數(shù)器，諸如光學(xué)傳感器，以檢測(cè)管650的旋轉(zhuǎn)，并且產(chǎn)生代表該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的圈數(shù)計(jì)數(shù)信號(hào)。類(lèi)似地，能夠?qū)⑴ぞ負(fù)Q能器附接至旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器200，以產(chǎn)生代表所施加的扭矩的扭矩信號(hào)。也可作為用于電旋轉(zhuǎn)臺(tái)或頂部驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的電流測(cè)量裝置，或者作為用于液壓操作的頂部驅(qū)動(dòng)器的壓力傳感器，實(shí)施該扭矩傳感器。也可在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器200處布置用于測(cè)量時(shí)間的傳感器，以直接測(cè)量從接管或拆管操作開(kāi)始至結(jié)束的時(shí)間，或者測(cè)量操作的各階段之間的時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施例中，基于圈數(shù)和旋轉(zhuǎn)速度的結(jié)合，計(jì)算持續(xù)的時(shí)間。
[0034]作為替換方式或者另外作為備份，控制器300可通過(guò)測(cè)量對(duì)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器200輸入的功率的電壓、電流和/或頻率(如果是AC頂部驅(qū)動(dòng)器的話(huà))，計(jì)算旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器200的扭矩和旋轉(zhuǎn)輸出。例如，在DC頂部驅(qū)動(dòng)器中，速度與電壓輸入成比例，并且扭矩與電流輸入成比例。AC頂部驅(qū)動(dòng)器將要求基于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的、通過(guò)常規(guī)實(shí)驗(yàn)獲得的各種因素的另外計(jì)算。
[0035]將傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)傳送給控制器300，優(yōu)選通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，諸如無(wú)線電、以太網(wǎng)或移動(dòng)電話(huà)傳送，其中控制器300被編程有用于各種類(lèi)型的管的指令，以確定何時(shí)完成接管或拆管序列。特別地，控制器300可獲得最佳值和具有最小和最大值(或最小最大值兩者)的參數(shù)范圍。在一個(gè)實(shí)施例中，基于最小值，僅測(cè)量持續(xù)時(shí)間參數(shù)，以確保接管耗費(fèi)至少特定時(shí)間長(zhǎng)度。從操作開(kāi)始，持續(xù)的最小時(shí)間可能約為0.5-10秒，優(yōu)選為0.8-6秒，從而確保處理操作適當(dāng)進(jìn)行，在該時(shí)間點(diǎn)處，最小和最大扭矩值、圈數(shù)值或上述兩者變得相對(duì)更重要，以確保適當(dāng)連接或斷開(kāi)。然而，優(yōu)選地是，測(cè)量、優(yōu)選直接測(cè)量扭矩、旋轉(zhuǎn)和最小時(shí)間值。
[0036]在管組件的接管期間，操作者可在輸出裝置上觀察各種輸出，該輸出裝置諸如用戶(hù)界面400，例如顯示屏，其可為多個(gè)輸出裝置之一。顯示器能夠包括下列一個(gè)或更多，例如實(shí)際扭矩、圈數(shù)和實(shí)時(shí)時(shí)間的5位數(shù)字顯示；指示好接頭和壞接頭或接頭連接的狀態(tài)燈；扭矩、圈數(shù)和最小時(shí)間的基準(zhǔn)值；和給操作者的準(zhǔn)備停止旋轉(zhuǎn)的警告。優(yōu)選地，顯示器向操作者顯示測(cè)量數(shù)據(jù)，并且當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)充分可接受時(shí)，顯示詞語(yǔ)“通過(guò)”，并且優(yōu)選顯示至少一個(gè)不同的成功指示，或者當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)不可接受時(shí)，就顯示“失敗”，并且優(yōu)選顯示至少一個(gè)不同的失敗指示，以允許控制器或操作者做出關(guān)于鉆井、套管或其它整體過(guò)程中的進(jìn)一步步驟的決定，其中接管或拆管形成上述過(guò)程的一部分。該通過(guò)/失敗測(cè)試確認(rèn)管對(duì)已經(jīng)實(shí)際結(jié)合，并且如果未產(chǎn)生連接，則控制器300能夠重新開(kāi)始接管過(guò)程。例如，能夠通過(guò)綠光，短消息，像鈴聲響，或者陳述詞語(yǔ)“通過(guò)”的語(yǔ)音，或上述的組合實(shí)現(xiàn)“通過(guò)”信號(hào)，而通過(guò)紅光，刺耳的喇叭聲，陳述詞語(yǔ)“失敗”或“故障”的語(yǔ)音，或上述的組合實(shí)現(xiàn)“失敗”信號(hào)。將取決于本文討論的所有管和連接變量的良好連接通常將耗費(fèi)約15-90秒，優(yōu)選為約30-60秒，并且取決于所涉及的管的具體類(lèi)型，將包括可旋轉(zhuǎn)管的最少4圈至最大約40圈，優(yōu)選為約6-25圈。
[0037]操作者或控制器可審查顯示器上的數(shù)據(jù)，以確定是否需要進(jìn)一步動(dòng)作。如果傳感器500檢測(cè)的參數(shù)基本不處于預(yù)定值內(nèi)，操作者就可使控制器300更改或調(diào)整井筒設(shè)備，以便使參數(shù)將符合預(yù)定值。作為替代方式，如果相應(yīng)的操作者確定不可能控制設(shè)備以將參數(shù)保持在預(yù)定值內(nèi)，或者出于安全原因，他可手動(dòng)使控制器停止相應(yīng)井筒設(shè)備的運(yùn)行。[0038]在不同實(shí)施例中，所顯示的輸出的格式和內(nèi)容可變化。作為實(shí)例，操作者可觀察對(duì) 具體管連接已經(jīng)輸入的各種預(yù)定值。此外，操作者可觀察圖形信息，諸如扭矩率曲線和扭矩 率微分曲線的表示圖。
[0039]上述多個(gè)輸出裝置也可包括打印機(jī)，諸如紙帶記錄器或數(shù)字打印機(jī)，或者繪圖儀， 諸如x_y繪圖儀，用以提供硬拷貝輸出，或者包括電子存儲(chǔ)裝置，諸如存儲(chǔ)器、閃存、硬盤(pán)驅(qū) 動(dòng)器或其它允許記錄和獲取信息的電子介質(zhì)。上述多個(gè)輸出裝置還可包括喇叭或其它音頻 設(shè)備，以在接管期間警告操作者發(fā)生了重要事件，諸如交接部狀況、終止連接位置，或壞連 接。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，顯示器被布置用以向操作者圖形化顯示信息，或者與數(shù)字、表格、 或者其它固件形式的信息，以及硬拷貝、電子存儲(chǔ)裝置中的信息或上述兩者圖形化結(jié)合。在 另一優(yōu)選實(shí)施例中，無(wú)線地或者通過(guò)有線連接直接將輸出傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)，并且使遠(yuǎn)離控制 器的遠(yuǎn)程用戶(hù)可訪問(wèn)。本文中使用的“遠(yuǎn)程”涉及這樣的用戶(hù)，其處于鉆架上的另一位置，諸 如鉆機(jī)的值班房，處于同一油田或氣田中的相鄰或附近的鉆架上，或者離開(kāi)鉆架。優(yōu)選地， 被傳輸至互聯(lián)網(wǎng)的輸出與相同鉆架或其它鉆架上的一個(gè)或更多另外的系統(tǒng)的輸出同步，諸 如美國(guó)專(zhuān)利N0.7，860，593的鉆井設(shè)計(jì)分析和鉆井控制系統(tǒng)及方法，其公開(kāi)內(nèi)容在此通過(guò) 引用以其整體并入。作為替代方式或另外地，該輸出能夠在互聯(lián)網(wǎng)上與2007年8月29日 提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.11/847,048中公開(kāi)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)鉆井的系統(tǒng)和方法的輸出同步，其 公開(kāi)內(nèi)容在此通過(guò)引用以其整體并入。
[0040]如上所述，控制器300能夠通過(guò)從各種傳感器500接收的數(shù)據(jù)，確定已經(jīng)在管650 和管柱750之間做出可接受的螺紋接頭。作為替代方式或者除了上文以外，可使用配重 600，以采集關(guān)于管650和管柱750之間形成的接頭的信息。配重600的功能可類(lèi)似于彈簧 或液壓活塞-缸布置結(jié)構(gòu)，以在管650和管柱750螺紋擰緊(或螺紋松脫)期間，補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動(dòng)器200與例如套管運(yùn)行設(shè)備之間的垂直運(yùn)動(dòng)。配重600可操作地關(guān)聯(lián)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器200，從 而優(yōu)選地提供有關(guān)管650或管柱750的位置或者所施加的重量至少其中之一的反饋，并且 在一個(gè)實(shí)施例中，配重包括例如套管運(yùn)行設(shè)備和管兩者的重量。
[0041]除了在管的螺紋擰緊在一起(或螺紋松脫)期間，允許旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器200相對(duì)于例 證性套管運(yùn)行設(shè)備的漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)之外，配重600還可分別用于確保已經(jīng)做出或破壞了螺紋接 頭，以及確保將管機(jī)械連接在一起或使其分離。例如，在已經(jīng)在管650和管柱750之間做出 接頭之后，由于已經(jīng)完全螺紋擰緊在管住上的管650的向下運(yùn)動(dòng)，所以配重的彈簧或缸體 可以完全延伸，或“沖出(stroked out)”。然而，如果由于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器200的某種故障，或 者由于管及管之下的管柱之間未對(duì)準(zhǔn)，還未在管650和管柱750之間形成接頭，則配重600 的缸體或彈簧將因?yàn)檫€未沿(或完全沿)管柱上的螺紋長(zhǎng)度移動(dòng)以完成連接的單根管施加 于缸體或彈簧的相對(duì)小的力，而將未完全延伸，或者將僅僅部分延伸。
[0042]能夠使用位于配重600附近的拉伸傳感器，以檢測(cè)配重600的拉伸，并且能夠依 賴(lài)傳送給控制器300的數(shù)據(jù)，測(cè)量配重反饋。例如，配重反饋包括下列至少一個(gè):管相對(duì)于 開(kāi)始位置、相對(duì)于管柱、相對(duì)于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器或相對(duì)于任意但是固定的點(diǎn)，或上述的組合的位 置。反饋也能夠包括旋轉(zhuǎn)時(shí)間以及施加在管或管柱上的重量設(shè)置，或上述兩者，或者反饋能 夠來(lái)自其它傳感器源，諸如旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器馬達(dá)、軸或抓地裝置，或上述的組合。
[0043]現(xiàn)在將參考圖2詳細(xì)描述自動(dòng)接管過(guò)程的優(yōu)選實(shí)施例。
[0044]在步驟700中，操作者通過(guò)輸入裝置輸入管參數(shù)，該輸入裝置諸如鍵盤(pán)，能夠在多個(gè)輸入/輸出裝置中包括該輸入裝置。該參數(shù)用于準(zhǔn)備低的、最小的、和最大的圈數(shù)、扭矩和時(shí)間；和基準(zhǔn)的、最小的、和最大的圈數(shù)、扭矩和時(shí)間的預(yù)定值。在另一實(shí)施例中，能夠?qū)σ环N類(lèi)型管輸入單個(gè)代碼，并且相關(guān)的電子存儲(chǔ)裝置將使該代碼關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有其它參數(shù)，從而將它們載入控制器。作為替代方式，能夠通過(guò)使用傳感器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)輸入，例如，通過(guò)讀取處于管末端的條形碼，通過(guò)嵌入每根管中的無(wú)線電頻率ID，通過(guò)測(cè)量外徑和螺紋計(jì)數(shù)，或者通過(guò)其它測(cè)量變量或測(cè)量加計(jì)算的變量。
[0045]在操作者已經(jīng)將單根管定位在管柱附近或者實(shí)際接觸管柱，并且準(zhǔn)備好在步驟800開(kāi)始連接接管后，在步驟900中，操作者按下控制面板上的“自動(dòng)接管”按鈕。在步驟1000中，控制器載入扭矩、圈數(shù)和時(shí)間的預(yù)定值。通過(guò)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)單元引起的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，將兩個(gè)螺紋構(gòu)件(例如，陽(yáng)型和陰型管道，套管，或管道，或套管和接箍)接合在一起?？刂破魇箍尚D(zhuǎn)管的螺紋與固定的管(通常是與其附接的管柱或接箍)的螺紋匹配，并且向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送命令信號(hào)，以開(kāi)始可旋轉(zhuǎn)管的旋轉(zhuǎn)。控制器開(kāi)始以開(kāi)始速度和開(kāi)始扭矩使管轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)選地，開(kāi)始速度和扭矩小于完全螺紋擰緊(或螺紋松脫)速度和扭矩，以向控制器提供下列機(jī)會(huì)，即:幫助確保已經(jīng)開(kāi)始了適當(dāng)?shù)倪B接或斷開(kāi)。如步驟1100中所示，貫穿螺紋擰緊(或螺紋松脫)，控制器通過(guò)監(jiān)測(cè)全部傳送給控制器的扭矩反饋信號(hào)、圈數(shù)反饋信號(hào)和時(shí)間反饋信號(hào)，監(jiān)測(cè)所施加的扭矩、圈數(shù)和開(kāi)始后持續(xù)的時(shí)間。然后，一旦已經(jīng)在步驟1200中接合初始螺紋并且開(kāi)始前進(jìn)，則控制器或操作者就使旋轉(zhuǎn)加速至最大RPM。例如，控制器能夠通過(guò)開(kāi)始操作后持續(xù)的最小時(shí)間、配重的初始延伸量、可旋轉(zhuǎn)管的垂直位置的變化、扭矩的變化(例如，管之間的)、圈數(shù)等等，確定初始螺紋已接合。在拆管操作(未示出)中，隨著開(kāi)始螺紋松脫，扭矩將開(kāi)始降低，其使得控制器確定已經(jīng)成功開(kāi)始了螺紋松脫。
[0046]隨著擰入，配重使管和任選地關(guān)聯(lián)的處理設(shè)備(例如，套管運(yùn)行工具)“浮起”，以抑制或防止螺紋錯(cuò)扣。在步驟1300中，基于管的參數(shù)，配重缸體在被施加至管柱的預(yù)定重量設(shè)置下，在預(yù)定時(shí)間上下降預(yù)定距離。圈數(shù)傳感器檢測(cè)管的旋轉(zhuǎn)，并且產(chǎn)生代表這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的信號(hào)。類(lèi)似地，扭矩?fù)Q能器產(chǎn)生代表旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器施加至管的扭矩的信號(hào)，并且時(shí)間傳感器在過(guò)程開(kāi)始時(shí)發(fā)送信號(hào)。
[0047]在一個(gè)實(shí)施例中，以規(guī)律間隔測(cè)量所施加的扭矩、旋轉(zhuǎn)和時(shí)間?？捎刹僮髡咧付y(cè)量扭矩、時(shí)間和旋轉(zhuǎn)的頻率(例如，每隔半秒或一秒，或者頻率更高或更低)，并且可在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器或其它電子存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)測(cè)量值。此外，可通過(guò)扭矩率微分計(jì)算器，對(duì)每對(duì)測(cè)量值組計(jì)算扭矩關(guān)于旋轉(zhuǎn)的變化率。可由繪圖儀對(duì)這三個(gè)值(扭矩、旋轉(zhuǎn)和時(shí)間)繪圖，以在輸出裝置上顯示。
[0048]將來(lái)自傳感器的信號(hào)發(fā)送給控制器。然后，控制器本身或可關(guān)聯(lián)操作的計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)器和換能器信號(hào)，并且比較這些信號(hào)的當(dāng)前值與預(yù)定值，以連續(xù)地或者在選定的旋轉(zhuǎn)位置處向控制器提供控制信號(hào)。
[0049]基于測(cè)量或計(jì)算值與預(yù)定值的比較，控制器確定各種事件的發(fā)生，并且確定是否繼續(xù)旋轉(zhuǎn)或取消接管(或拆管)。如果控制器確定操作是壞連接，則可終止旋轉(zhuǎn)，并且可任選地但是優(yōu)選地自動(dòng)或手動(dòng)重新開(kāi)始。否則，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，直到檢測(cè)到期望的交接部上或下的條件為止。如果數(shù)值不可接受，則控制器就指示壞連接。
[0050]在步驟1400中，當(dāng)已經(jīng)滿(mǎn)足了三個(gè)參數(shù)中的至少兩個(gè)時(shí)，例如扭矩和時(shí)間或者圈數(shù)和持續(xù)的最小時(shí)間，則計(jì)算機(jī)就通過(guò)輸出裝置對(duì)操作者發(fā)出通過(guò)條件的信號(hào)，諸如綠燈和平穩(wěn)的音調(diào)。在實(shí)際停止旋轉(zhuǎn)之前，控制器例如基于來(lái)自頂部驅(qū)動(dòng)器的圈數(shù)計(jì)數(shù)和/或 配重反饋，減慢管的旋轉(zhuǎn)。減慢速度允許可旋轉(zhuǎn)管在不破壞管的情況下，尤其是在不破壞管 的螺紋的情況下，與固定的管形成穩(wěn)固的螺紋連接。也可剛好在拆管完成之前，使用相同的 速度降低。在一個(gè)實(shí)施例中，該減慢可在操作完成前約0.2-2秒發(fā)生。
[0051]在步驟1500中，一旦通過(guò)來(lái)自旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的閉環(huán)反饋實(shí)現(xiàn)了至少兩個(gè)參數(shù)(在可 接受范圍內(nèi))的最佳值，則控制器就最終停止旋轉(zhuǎn)頂部驅(qū)動(dòng)器或其它旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器。如果實(shí)現(xiàn) 了最小值，則顯示屏就將顯示“通過(guò)”。
[0052]如步驟1600中所示，如果未實(shí)現(xiàn)最佳值，則取消接管周期，或者控制器的過(guò)程失 敗。在步驟1700中，控制器停止頂部驅(qū)動(dòng)器，并且在顯示屏上顯示“失敗”。然后，在步驟 1800中，控制器或操作者重新開(kāi)始該過(guò)程。
[0053]計(jì)算機(jī)能夠以紅光以及顫動(dòng)或喇叭型音調(diào)發(fā)出壞接頭的信號(hào)。另外，計(jì)算機(jī)能夠 產(chǎn)生安全信號(hào)，從而一旦實(shí)現(xiàn)好接頭或壞接頭，就自動(dòng)切斷旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器?？刂破饕材軌蛳虼?印機(jī)輸出代表扭矩和圈數(shù)值的輸出信號(hào)，諸如紙帶記錄器或數(shù)字打印機(jī)，或者繪圖儀，諸如 x-y繪圖儀，或者電子存儲(chǔ)裝置，或者本文討論的其它輸出裝置。
[0054]通常應(yīng)將本文使用的術(shù)語(yǔ)“約”理解為，涉及數(shù)字范圍內(nèi)的兩個(gè)數(shù)字。此外，應(yīng)將 本文中的所有數(shù)字范圍都理解為包括該范圍內(nèi)的每個(gè)整數(shù)。
[0055]雖然已經(jīng)在上述說(shuō)明中描述了本公開(kāi)的優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)理解，本公開(kāi)不限于 本文公開(kāi)的特定實(shí)施例，而是能夠有本領(lǐng)域技術(shù)人員作出的多種變型。應(yīng)理解，不偏離公開(kāi) 的和本公開(kāi)教導(dǎo)的方法和裝置，所使用的材料和機(jī)械細(xì)節(jié)可與本文的說(shuō)明稍微不同或者變 化。
【權(quán)利要求】
1.一種適合于將管接管至管柱或者將管從管柱上拆管的自動(dòng)化的管處理系統(tǒng)100，所述管處理系統(tǒng)包括: 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器200，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器適合于可操作地抓住和旋轉(zhuǎn)管650 ； 控制器300，所述控制器適合于接收和處理指示與所述管650和所述管柱750的接管和拆管相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)、扭矩和最小時(shí)間值的數(shù)據(jù)，其中所述控制器300比較所述旋轉(zhuǎn)、扭矩和最小時(shí)間值與可接受的預(yù)定值，以確定何時(shí)完成所述接管和拆管；和 用戶(hù)界面400，所述用戶(hù)界面適合于向操作者傳送所述管的接管或拆管的所接收的數(shù)據(jù)、所述預(yù)定值或所接收的數(shù)據(jù)和所述預(yù)定值兩者。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括服務(wù)器，所述服務(wù)器包括多根管的比較處理信息，并且所述服務(wù)器適合于在所述控制器300和所述用戶(hù)界面400每個(gè)之間交換信息，其中所述處理信息包括對(duì)一對(duì)管進(jìn)行接管或拆管所需的旋轉(zhuǎn)信息、或者螺紋計(jì)數(shù)和大小中的至少一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，還包括可操作地關(guān)聯(lián)所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器200的多個(gè)傳感器500，以在操作中測(cè)量旋轉(zhuǎn)、扭矩和最小時(shí)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，還包括通信網(wǎng)絡(luò)，所述通信網(wǎng)絡(luò)適合于將從一個(gè)或更多個(gè)傳感器500接收的數(shù)據(jù)傳送給所述控制器300，在所述控制器300和所述服務(wù)器之間傳送，以及從所述控制器300或服務(wù)器傳送給所述用戶(hù)界面400，或上述的任何組合，其中所述通信網(wǎng)絡(luò)任選地為無(wú)線的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，還包括可操作的停止按鈕，所述停止按鈕適合于允許人類(lèi)操作員中斷所述控制器300，并且在不使所述管650掉落的情況下停止自動(dòng)化管處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中所述控制器300適合于當(dāng)超過(guò)所述最小時(shí)間值，并且所述旋轉(zhuǎn)和扭矩值中的至少一個(gè)至少基本匹配相應(yīng)的所述預(yù)定值時(shí)，停止所述接管或拆管的過(guò)程。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，還包括配重600，所述配重可操作地關(guān)聯(lián)所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器200，以提供所述管650或管柱750，或所述管和管柱兩者的位置或者所施加的重量中的至少一個(gè)的反饋。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中所述可接受的預(yù)定旋轉(zhuǎn)、扭矩和持續(xù)的最小時(shí)間的值中的一個(gè)或更多個(gè)取決于關(guān)聯(lián)正在處理的管的一個(gè)或更多參數(shù)；其中基于下列多種因素調(diào)節(jié)所述參數(shù)，所述因素包括管道等級(jí)；管類(lèi)型；標(biāo)稱(chēng)外徑尺寸；每英尺的重量；螺紋數(shù)；每英寸的螺紋數(shù)；接箍螺紋類(lèi)型；或上述組合；或上述兩者。
9.一種將管與管柱接管或?qū)⒐軓墓苤喜鸸艿淖詣?dòng)化方法，所述方法包括: 選擇第一管650和第二管以彼此接管或拆管，其中所述第二管形成一部分所述管柱750 ； 向控制器300輸入關(guān)于所述管的信息； 開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，以將所述第一管650與所述第二管接管，或者將所述第一管具從所述第二管上拆管； 在所述接管或拆管期間，監(jiān)測(cè)一個(gè)或更多傳感器500，以獲得關(guān)于旋轉(zhuǎn)圈數(shù)、扭矩和開(kāi)始旋轉(zhuǎn)后持續(xù)的最小時(shí)間的測(cè)量數(shù)據(jù)；比較所述測(cè)量數(shù)據(jù)與旋轉(zhuǎn)圈數(shù)、扭矩和持續(xù)的最小時(shí)間的可接受的預(yù)定值；和基于開(kāi)始旋轉(zhuǎn)后持續(xù)的最小時(shí)間以及旋轉(zhuǎn)圈數(shù)或扭矩的比較，停止旋轉(zhuǎn)，其中至少兩個(gè)所述測(cè)量數(shù)據(jù)滿(mǎn)足或超過(guò)相應(yīng)的所述可接受的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)、扭矩和持續(xù)的最小時(shí)間的值中的至少兩個(gè)值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括如果圈數(shù)、扭矩或持續(xù)的最小時(shí)間值其中之一不可接受，就開(kāi)始補(bǔ)救動(dòng)作。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述補(bǔ)救動(dòng)作包括:(I)自動(dòng)重新開(kāi)始接管或拆管，或上述的組合；或者(2)向操作者提供警告信號(hào)；或上述兩者。
12.根據(jù)權(quán)利要求9-11任一項(xiàng)所述的方法，其中基于下列多種因素調(diào)節(jié)所輸入的信息，其包括管道等級(jí)；管類(lèi)型；標(biāo)稱(chēng)外徑尺寸；每英尺的重量；螺紋數(shù)；每英寸的螺紋數(shù)；接箍螺紋類(lèi)型，或上述的組合；或上述兩者。
13.根據(jù)權(quán)利要求9-11任一項(xiàng)所述的方法，還包括測(cè)量所述第一和第二管之間的扭矩的變化、每個(gè)配重缸600的張力值的變化，或上述的組合，其中所述配重缸具有反饋，所述反饋包括下列至少之一:管650相對(duì)初始位置、相對(duì)管柱750、相對(duì)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器200或上述的組合的位置；最小旋轉(zhuǎn)時(shí)間；和施加在管650或管柱750上的重量設(shè)置，或上述兩者。
14.根據(jù)權(quán)利要求9-11任一項(xiàng)所述的方法，還包括向操作者顯示測(cè)量數(shù)據(jù)，其中當(dāng)所述測(cè)量數(shù)據(jù)充分可接受時(shí)，所述顯示器顯示單詞“通過(guò)” 1500和成功的第二指示，或者當(dāng)所述測(cè)量值不可接受時(shí)，顯示“失敗” 1700和失敗的第二指示。
15.根據(jù)權(quán)利要求9-11任一項(xiàng)所述的方法，其中所述控制器300、操作者或控制器和操作者兩者開(kāi)始終止旋轉(zhuǎn)1600，并且如果所述控制器開(kāi)始停止，則所述控制器300在停止旋轉(zhuǎn)之前基于一個(gè)或更多個(gè)比較值減慢旋轉(zhuǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9-11任一項(xiàng)所述的方法，還包括測(cè)量所述第一和第二管之間的扭矩的變化、每個(gè)配重缸的張力值的變化,或上述的組合。
17.根據(jù)權(quán)利要求9-11任一項(xiàng)所述的方法，其中基于連接至正接管或拆管的管的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，測(cè)量所述扭矩，其中所述配重具有反饋，所述反饋包 括下列至少之一:(i )管相對(duì)初始位置、相對(duì)管柱、相對(duì)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器或上述的組合的位置；(ii)最小旋轉(zhuǎn)時(shí)間；和施加在管或管柱上的重量設(shè)置，或(iii)上述兩者；或上述的組合。
18.根據(jù)權(quán)利要求9-11任一項(xiàng)所述的方法，其中旋轉(zhuǎn)圈數(shù)、扭矩和時(shí)間的可接受的預(yù)定值包括最大、最小和最優(yōu)值中的至少兩個(gè)值。
19.一種利用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器將管與管柱接管或?qū)⒐軓墓苤喜鸸艿淖詣?dòng)化方法，所述自動(dòng)化方法包括:選擇第一管650和第二管以彼此接管或拆管；向控制器300輸入關(guān)于所述管的信息，其中所述控制器300被編程有圈數(shù)、扭矩和持續(xù)的最小時(shí)間的可接受的預(yù)定值；開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，以將所述管650與所述管柱750接管，或者將所述管650從所述管柱750上拆管；在所述接管或拆管期間，監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)、扭矩和持續(xù)的最小時(shí)間，以獲得測(cè)量數(shù)據(jù)；將來(lái)自可操作地關(guān)聯(lián)所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器200的傳感器500的測(cè)量數(shù)據(jù)傳送給所述控制器 300 ;和基于所述測(cè)量數(shù)據(jù)與初始旋轉(zhuǎn)的值的比較處于所有三個(gè)可接受的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)、扭矩和持續(xù)的最小時(shí)間的范圍內(nèi)，停止旋轉(zhuǎn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括:如果圈數(shù)、扭矩或持續(xù)的最小時(shí)間的值其中之一不可接受，則開(kāi)始補(bǔ)救動(dòng)作。
21.根據(jù)權(quán)利要求19 所述的方法，還包括向操作者顯示測(cè)量數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】E21B19/18GK103502571SQ201280020726
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月28日
【發(fā)明者】約翰·B·帕特森, 羅曼·K·諾瓦克, 賈斯汀·M·亞斯基, 斯坦尼斯瓦夫·C·蘇利馬 申請(qǐng)人:坎里格鉆探技術(shù)有限公司