用于定位管状构件的系统和方法技术方案

一种系统和方法，用于：在具有自动化管件搬运系统的钻台(2)上定位油田管件，以使得可以对齐静止管件(8)和移动管件(34)并且自动地组装和卸开静止管件和移动管件之间的螺纹操作；利用来自径向偏移的相机(54,56)的图像信息，对该图像信息进行处理以识别图像内的管件并且得出所述管件的位置信息；组合来自两个相机系统的位置信息以得出每个管件的三维信息；编制让自动化管件搬运系统使静止管件和移动管件垂直对齐的指令，并且降低移动管件以进行螺纹接触；并且接合自动化液压力矩扳手以组装螺纹连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于定位管状构件的系统和方法
本专利技术涉及一种用于确定在钻探碳氢化合物时使用的管状构件的相对位置的系统和方法。更具体地说，在某些实施例中，涉及一种确定悬挂的(由吊车、绞车或其他装置垂直地悬吊的)钻探管状构件相对于井下管状构件的位置以使得所述管件可以自动地对齐和组装或卸开的系统和方法。
技术介绍
钻机钻台环境在历史上一直是比较危险的工作环境之一。这些活动使钻探人员或“钻工”暴露于各种健康和安全问题，包括在钻机井架上高处的猫行道或二层台上工作、悬挂管件、给夹钳和相关联的链条提供动力、当对齐和降低管件时手受伤，更不必说与井控或随钻探泥浆一起返回的其他气体相关联的风险。早期方法要求在升降机上提起管件并且手动地将悬挂管件定位成与悬吊在转盘里的管件(井下管件)配合。在本专利技术的背景下，“管件”可以是指井管、钻铤、钻杆、生产油管、或通过螺纹拧在一起并且用于钻探和生产碳氢化合物的其他管状构件。传统上，要求钻工从管件存放区域移动管件、将悬挂管件与井下管件对齐、降低悬挂管件以与井下管件接触、并且利用液压钳来施加力矩以使管件“自旋加快”，使得井下管件中的螺纹与悬挂管件啮合并且被拧紧。悬挂管件然后被用作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在钻台环境中定位油田螺纹管件的系统，所述系统包括：自动化管件搬运系统，所述自动化管件搬运系统用于从邻近所述钻台的管件存放区域移动管件，所述管件在每个端部具有螺纹连接，所述自动化管件搬运系统能够将所述移动管件定向在垂直位置上并且邻近静止管件，所述静止管件在每个端部具有螺纹连接，并且被垂直地定位在所述钻台中的转盘中，所述静止管件的最上端具有能够与所述移动管件的下端的螺纹连接配合的螺纹连接；至少两个成像系统，每个成像系统包含至少一个相机，所述成像系统相对于所述转盘的中心在径向上相互偏移，并且每个成像系统提供所述静止管件和所述移动管件的实时图像；图像处理系统，所述图像处理系统从所述成像系统接收...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.23 US 62/095,8371.一种用于在钻台环境中定位油田螺纹管件的系统，所述系统包括：自动化管件搬运系统，所述自动化管件搬运系统用于从邻近所述钻台的管件存放区域移动管件，所述管件在每个端部具有螺纹连接，所述自动化管件搬运系统能够将所述移动管件定向在垂直位置上并且邻近静止管件，所述静止管件在每个端部具有螺纹连接，并且被垂直地定位在所述钻台中的转盘中，所述静止管件的最上端具有能够与所述移动管件的下端的螺纹连接配合的螺纹连接；至少两个成像系统，每个成像系统包含至少一个相机，所述成像系统相对于所述转盘的中心在径向上相互偏移，并且每个成像系统提供所述静止管件和所述移动管件的实时图像；图像处理系统，所述图像处理系统从所述成像系统接收所述实时图像，所述图像处理系统进行操作以检测所述静止管件和所述移动管件，并且产生所述静止管件和所述移动管件在所述钻台上三维空间中的位置数据的实时估计；以及将所述实时位置数据发送到所述自动化管件搬运系统，所述管件搬运系统对该实时位置信息进行处理以使所述移动管件与所述静止管件垂直对齐，并且降低所述移动管件以与所述静止管件接触。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述成像系统中的每个成像系统包含至少一个彩色相机。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述用于检测并且产生位置数据的实时估计的图像处理系统包括：应用有向梯度直方图训练和识别技术来识别所述静止管件和所述移动管件，并且利用支持向量机学习技术来从图像数据得出针对特定时间步长的所述静止管件和所述移动管件的位置数据估计；通过使用树回归算法来改善所述位置数据估计；并且其中，所述移动管件相对于所述静止管件的移动对于所述位置数据估计的影响通过将所述位置数据估计应用于一组并行的卡尔曼滤波器来解决，所述卡尔曼滤波器中的每个卡尔曼滤波器具有变化的噪声项，每个所述卡尔曼滤波器的输出导致所述静止管件和所述移动管件的不同的位置数据估计；并且从由所述并行的卡尔曼滤波器生成的不同的位置数据估计选择最终位置估计，所述最终位置估计的输出是紧接在前的时间步长中的被最接近地估计的位置数据。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述有向梯度直方图训练和识别技术是允许检测实时图像内的多个管件的最大裕量物体检测技术。5.一种用于在钻台上建立螺纹油田管件连接的方法，所述方法包括：借助于自动化管件搬运系统，从管件存放区域移动油田管件，所述管件具有螺纹端，并且将移动管件悬吊在高于悬吊在钻台中的转盘中的垂直静止井下管件的垂直位置上，该静止管件在两个端部具有螺纹连接，该静止管件的最上面的螺纹连接能够与该移动管件的下部的螺纹连接配合；利用至少两个成像系统来捕捉所述钻台的图像信息，每个成像系统包含至少一个彩色摄像机，并且相对于所述转盘在径向上相互偏移；将所述图像信息发送到图像处理系统，所述图像处理系统识别该移动管件和该静止管件，并且产生该移动管件和该静止管件的三维位置信息；将所述位置信息发送到所述自动化管件搬运系统，所述管件搬运系统编制定位指令，所述定位指令使该移动管件的最下端与该井下管件的最上端对齐，并且降低该移动管件以使该移动管件和该静止管件通过螺纹接触；通过使用位于所述钻台上的自动化液压扳手系统拧紧所述管件螺纹，在移动管件和静止井下管件之间创建螺纹连接。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述图像处理系统识别并并产生位置信息的步骤包括：对于每个相机系统，对于图像数据时间步长，利用滑动窗口有向梯度直方图技术来识别移动管件和静止管件；使用利用所述有向梯度直方图数据的支持向量机训练技术来得出移动管件和静止管件的位置信息；将回归树算法应用于该位置信息以改善该位置信息；以及基于每个相机系统的图像数据来组合移动管件和静止管件的位置信息以创建三维位置信息。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述得出位置信息的步骤进一步包括：将位置信息提供给并行的一组卡尔曼滤波器的步骤，每个滤波器具有不同的噪声因子，每个噪声因子导致来自每个滤波器的不同的位置信息；并且从该组不同的位置信息选择最准确地确定紧接在前的时间步长中的位置信息的那个位置信息。8.一种用于在钻机钻台上建立管件螺纹连接的系统，所述系统包括：自动化管件搬运系统，所述自动化管件搬运系统用于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·麦粒，E·D·尼尔森，刘寅啸，H·恩星，余伟，R·N·李，D·I·哈杰斯，T·赛德勒，H·帕蒂拉，L·H·史密斯，D·金，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL