用于绞车的智能载荷销钉制造技术

技术编号:17101240 阅读:30 留言:0更新日期:2018-01-21 12:10
一种智能载荷销钉可以被配置成测量绞车系统的吊钩上的载荷。所述智能载荷销钉还可以包括将所测量的载荷转换成代表所测量的载荷的数字值的电路,其中所述数字值表示以工程单位的所测量的载荷的值;以及向位于井架处的控制系统传递代表所测量的载荷的数字值。来自智能载荷销钉的数据可以使用在利用控制系统至少部分地基于代表所测量的载荷的所接收的数字值而调节绞车系统的操作中。

Intelligent load pin for winch

An intelligent load pin can be configured to measure the load on the hook of the winch system. The intelligent load pin can also include circuit load to be measured is converted into load represented by the measurement of the numeric value, wherein the digital value represented by engineering units of the measured load value; and digital transfer represents the measurement to the control system in the derrick load value. Data from intelligent load pins can be used to regulate the operation of winch system by using the control system at least partly based on the received digital values representing the measured load.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于绞车的智能载荷销钉对相关专利申请的交叉引用本专利申请要求享有针对Martin等人的在2015年2月23日提交并且题为“IntelligentLoadPinforDraw-works”的美国临时专利申请号62/119,397的优先权的权益,其通过引用并入本文。
本公开涉及用于在石油和天然气井中的钻井操作的装备。更具体地,本公开涉及用于以智能方式测量绞车的吊钩上的载荷的方法。
技术介绍
测量和报告吊钩载荷的常规方法自1926年以来并未显著改变。该领域中的一项显著改变是从使用膜片型重量指示器迁移到与载荷承载销钉(pin)集成的应变单元(straincell)。已经存在随时间的一些增量式改进,但是自该时间以来没有显著改变。关于常规的应变测量的一个问题是在转换到工程单位之前应变测量的长通信路径。路径中的每一个组件创建针对噪声的新的源以及针对误差的新的可能入口点,直到数据以工程单位为止。图1是图示了根据现有技术的用于吊钩载荷信号从测量到控制系统的常规路径和处理步骤的框图。特别地,图1图示了两个处理路径140和150。路径140和150二者包括在销钉110、(一个或多个)井架机柜112和控制机柜114中不同地布置的类似装备(传感器122、转换器124、屏障(barrier)126、屏障128、转换器130、缩放器(scaler)132和控制器134)。装备中的每一个被布置成将所测量到的应变转换成最终的工程单位测量(诸如千磅)。图1图示了针对从换能器导出的吊钩载荷测量的信号到HMI显示器的不同过程流。销钉中的应变仪输出被接受到本质安全的屏障中的毫伏信号。屏障然后将该毫伏信号转换成毫安信号,然后将信号从现场站(例如接线盒)驱动到控制机柜。在控制机柜内部,控制系统将接受电流信号,或者在一些情况下,向另一本质安全的屏障呈递该信号,所述另一本质安全的屏障将该信号转换成0至10伏信号,终止于控制系统I/O设备上的模拟输入中。该信号现在表示原始应变仪的最小和最大输出。向PLC给出指令以放置“真实世界”值以测量通常以吨或千磅表示的载荷。PLC中的模拟/数字(A/D)转换器基于公式而指派值以向用户呈现数据,所述公式采取已知的最小和最大值并且基于增量(delta)之间的差异而创建斜率。简而言之,基于施加到应变仪的力的量而向用户显示真实世界值。常规的吊钩载荷测量当前从几个不同的方法导出,包括:安装在将顶部驱动(topdrive)连接到游动滑车(travellingblock)的销钉中的载荷单元(loadcell)、安装在天车(crownblock)上的销钉中的载荷单元、安装在死线中的载荷单元以及安装在钢丝绳(SWR)上的应变测量传感器。前三种方法牵涉钻井承包商的资产,而第四种由第三方泥浆录井服务提供商安装。对第四种类型的安装的吸引力在于它不取决于任何基于钻探设备(rig)的仪表并且可以在没有使块停止服务的情况下容易地安装。缺点是它易受破坏、潮湿影响,并且其准确度是成问题的。其中载荷测量来自死线的第三种方法已经是常规的方法,其包括直接连接到将转换成电气信号以供显示的机械仪(mechanicalgauge)或压力传感器的降压活塞和液压软管。该方法的长处包括简化性、易于接入并且故障检修是简单的。缺点是固有的潮湿、延迟和测量中的总体准确度关注,因为它位于非常远离测量点。WOB和HL中的变化能够直接影响控制过程以及钻井过程。第二种方法是通过将测量位置放置成与意图被测量的部分接近得多而对第三种的改进,并且通过使用应变仪传感器而去除液压电路和压力换能器的问题。一个或多个应变仪传感器位于将天车锁定到其位置中所必需的每一个载荷承载叉杆销钉中。一种常规的安装包括提供四个载荷测量的四个载荷销钉。为了海洋环境中的准确测量,所有四个传感器需要是操作的,由于跨四个销钉的载荷分布预计不均匀。在制造过程期间,应变仪载荷单元暴露于液压机上的其意图载荷的完整范围。而且合并到该液压机中的是可追踪回到NIST(美国国家标准技术研究所)的校准载荷单元。校准认证将伴随具有两个或更多(典型地,大约十个)校准值对的载荷单元。由于应变仪载荷单元不原生地输出mA(电流回路),因此专门化的信号调节器(例如KFD2-WAC-Vx1d)是必需的。应变测量通过跨惠斯通桥上的两个点供给激励电压并且然后测量另一侧上的所得电压来完成。在应变单元本地的信号与激励电压和测量区段的电阻变化成比例。作为结果的信号单位是mV/V。以该形式的信号不能直接由控制系统使用。所提到的信号调节器将mV/V测量转换成电流回路信号(4-20mA)。该所得信号可以由控制系统使用,然而为了使用该信号和工厂校准,应变仪单元和信号调节器必须总是连接并且与电路中的特定载荷单元配对。信号调节器具有“零”和“跨距(span)”调节(电位计或数字配置的),如果这些在现场调节或者使用不同的调节器,它使工厂校准无效。在安装过程期间在工业中有时看到的缺陷在于,一旦载荷单元安装在现场,导出相同系数的另一努力完成但是具有粗略估计的载荷。为了完成该现场校准,现场工程师将请求钻井班向吊钩尽可能施加最大载荷。所施加的载荷是近似的(除非参考单元在板上可用),经常载荷单元的完整范围不能被离岸地完全认识到,除非它在操作期间。关于该方法的问题是:所使用的参考载荷将未被校准到NIST或已知标准;所施加的载荷不通过整个范围;当更换载荷单元或屏障时,操作要求绞车的重新校准;并且测量易受现场误差影响。对以上问题的显而易见的回答是使用原始校准。不清楚为何当前并不总是这样完成。可以推测的是,它曾一度被使用,但是如果所测量的和实际的载荷不匹配,现场中的最简单的解决方案将必须调节测量以与钻探设备板上测试载荷对准。这将然后要求完成现场“重新校准”。如以上提到的,还存在安装在死线处的载荷单元。这些载荷单元将不及它们更远离测量点那样准确。如果安装载荷销钉和死线载荷单元二者,为了确保测量可以确证彼此,需要计及系统中的摩擦损耗。在以下方程中示出我们典型地用于估计这些损耗中的一些的简单模型:其中et-mech=滑车效率=1.015;Nl=线的数目;Fhl=观察到的吊钩载荷;Ffs=快速线上的载荷,其中以上计算仅解决滑车效率,将存在将需要计及的其它摩擦损耗。在2012年,吊钩载荷由U.MME利用NTNU定义为“作用于附连到吊钩的钻柱上的力的垂直分量之和”。这被预计是其它摩擦损耗,甚至针对环索销钉样式载荷单元安装。预计到它们相对小,但是应当量化那些损耗。控制系统中的吊钩载荷测量的重要性在于它在各种操作期间基于吊钩载荷的某些偏差而执行配置的响应。如果吊钩载荷值不可靠,这向用户提出挑战,因为系统可能没有以可预测的方式响应。首先,重要的是认识到一些系统供应商已经将载荷测量的现场重新缩放称为校准,而不管它事实上不是校准。现场重新缩放不是足够的并且作为结果正在向载荷测量中引入不必要的误差。可以争辩的是该误差足够显著,使得它在过去贡献于针对多个安装的重新校准的必要性。在工厂测试期间,这些载荷单元经过一系列测试。使销钉经受其可用范围并且制造商生成将来自销钉的应变测量电路的电气信号映射到真实工作载荷的表格。该映射通过使用NIST可追踪载荷单元以一定的准确度完成。常规地,可以存在针对绞车载荷本文档来自技高网...
用于绞车的智能载荷销钉

【技术保护点】
一种用于控制绞车系统的方法,包括:利用载荷销钉,测量绞车系统的吊钩上的载荷;利用载荷销钉,将所测量的载荷转换成代表所测量的载荷的数字值,其中所述数字值表示以工程单位的所测量的载荷的值;以及从载荷销钉向位于井架处的控制系统传递代表所测量的载荷的数字值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.23 US 62/1193971.一种用于控制绞车系统的方法,包括:利用载荷销钉,测量绞车系统的吊钩上的载荷;利用载荷销钉,将所测量的载荷转换成代表所测量的载荷的数字值,其中所述数字值表示以工程单位的所测量的载荷的值;以及从载荷销钉向位于井架处的控制系统传递代表所测量的载荷的数字值。2.根据权利要求1所述的方法,还包括利用控制系统,至少部分地基于代表所测量的载荷的所接收的数字值而调节绞车系统的操作。3.根据权利要求1所述的方法,其中转换包括:利用载荷销钉的换能器应变仪,将所测量的载荷转换成代表所测量的载荷的模拟电压;利用载荷销钉的模拟到数字转换器,将代表所测量的载荷的模拟电压转换成数字值;以及利用载荷销钉的MCU,补偿数字值以计及载荷的测量中的已知变化以获得代表所测量的载荷的数字值。4.根据权利要求1所述的方法,其中所测量的载荷被表示为张力值。5.根据权利要求1所述的方法,其中所述载荷销钉耦合到绞车系统的游动滑车、钻井吊钩和顶部驱动中的至少一个。6.根据权利要求1所述的方法,其中传递包括经由物理通信总线和无线通信系统中的至少一个传递数字值。7.一种载荷销钉,包括:用于测量绞车系统的吊钩上的载荷的应变传感器;以及电子电路,其耦合到应变传感器并且被配置成执行包括以下的步骤:将所测量的载荷转换成代表所测量的载荷的数字值,其中所述数字值表示以工程单位的所测量的载荷的值;以及从载荷销钉向位于井架处的控制系统传递代表所测量的载荷的数字值。8.根据权利要求7所述的载荷销钉,其中所述电子电路包括:耦合到应变传感器的运算放大器;以及耦合...

【专利技术属性】
技术研发人员:T马丁S麦克勒莫尔RI斯蒂芬诺斯
申请(专利权)人:越洋塞科外汇合营有限公司
类型:发明
国别省市:开曼群岛,KY

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