顶部驱动载荷测量钻压制造技术

一种用于监测钻机状况的系统，所述系统包括：游动滑车，其经由钻井钢丝绳悬挂在所述钻机的钻架的顶部的天车上；框架，其上安装钻具和/或管柱；至少一个拉杆，其将所述框架连接到所述游动滑车，其中所述至少一个拉杆包括拉力传感器；以及控制系统，其接收与由所述拉力传感器感测的拉力相对应的信号，其中所述控制系统至少部分地基于从所述拉力传感器接收的所述信号来确定钻机状况。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】顶部驱动载荷测量钻压
本公开总体涉及钻井领域。更特别地，本专利技术涉及用于驱动钻井系统中的顶部驱动装置的方法和设备。
技术介绍
顶部驱动装置用于在钻井应用中悬挂和旋转钻杆柱和/或套管。顶部驱动装置由缠绕在一组绳轮上的钻井钢丝绳支撑，该钢丝绳一端连接至绞车，另一端连接至死绳固定器。顶部驱动装置经由推力轴承支撑钻柱。泥浆可以经由水龙头泵入钻柱。此外，顶部驱动装置通常包括产生钻柱旋转的一个或多个马达(电动或液压)。施加到顶部驱动装置的反作用扭矩可以经由支配在钻架导轨上的顶部驱动滑架传递到钻架。可以采取各种测量值来管理钻井过程，包括顶部驱动状况的测量值。钻台上方的大钩载荷和大钩高度就是两个这样的测量值。这些测量值可以用于计算钻井参数，如钻压(WOB)、钻进速度(ROP)和深度。各种其他类型的测量值用于计算这些和其他钻井参数。传感器分布在钻机上以直接或间接测量状况。因此，非线性、分辨率降低、噪声等可能是测量系统的一部分，并且可以在测量中进行校正，也可以不进行校正。例如，已在钻台附近或钻台下方的固定器上、钻井钢丝绳的“死绳”上间接测量大钩载荷。大钩载荷通过在死绳固定器上使用液压测压元件来测量。通常，在这种测量中，绳轮中的摩擦未进行校正。此外，游动滑车、大钩和顶部驱动装置的重量可能会限制大钩载荷测量的分辨率。在专利号为6,918,454的美国专利中示出了在死绳固定器上使用液压测压元件。诸如应变仪或液压测压元件的载荷感测装置固定在死绳上，并产生指示死绳中的拉力的输出控制信号，并因此指示游动滑车承载的载荷或钻头上的拉力(POB)。载荷感测装置的POB测量值从应变仪发送到控制系统。可以采用各种拉力测量装置来指示死绳上的拉力状况。实际大钩载荷或POB可以使用载荷感测装置输入结合悬挂的钢丝绳的数量和校准系数来计算。可选地，常规的测压元件、液压拉力传感器或其他载荷测量装置可以与井架相关联，以提供代表游动滑车承载的载荷的输出控制信号。通过在钻柱顶部安装测量和通信装置，进行了更直接的大钩载荷测量。例如，液压测压元件已被安装在天车上。可选地，大钩载荷测量装置随钻柱一起旋转。当安装了这样的装置时，附接到钻柱(并随钻柱旋转)的这些系统之间到钻机系统的通信可以通过旋转变量器(电感耦合)、滑动触点或电磁通信(诸如，WIFI)来执行。因此，主节点位于钻机上，导致旋转设备的通信路径较长，存在信号损坏的风险。最近，现代钻机(主要为海上钻机)使用顶部驱动装置，其中内置水平安装的测压元件销位于游动滑车和顶部驱动装置之间。其他大钩载荷测量系统使测压元件安装在天车上的销上、使测压元件安装在死绳上、或者使应变测量传感器安装在钢丝绳(SWR)上。公开号为2016/0245727的美国专利中示出了水平安装的测压元件销。一个或多个应变仪传感器位于用于将天车锁定在其位置上的每个承重U形接头销中。一种常规安装包括四个载荷销，提供四个载荷测量值。为了在海洋环境中进行精确测量，因为四个销上的载荷分布预计不是均匀的，所有四个传感器都需要进行操作。由于各种原因，这种测压元件的精度已被证明与实际载荷有很大偏差。事实上，经由设计监测剪切力的水平载荷销监测载荷在精度方面具有局限性。因此，需要更精确的装置来监测从钻井中降下和/或升起的管具和辅助设备的重量。
技术实现思路
根据本公开的教导，通过提供更高精确性的载荷测量系统，克服了与现有重量监测设备相关联的缺点和问题。本专利技术的一个方面提供了一种用于监测钻机状况的方法，该方法包括：经由至少一个拉杆将钻具悬挂在游动滑车上；将拉力传感器固定到该至少一个拉杆上，其中拉力传感器产生表示该至少一个拉杆中的拉力的信号；将该信号从拉力传感器传递到控制系统；并且利用控制系统监测该信号。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于监测钻机状况的系统，该系统包括：游动滑车，其经由钻井钢丝绳悬挂在钻机的钻架的顶部的天车上；框架，其上安装钻具和/或管柱；以及悬挂系统，其将框架连接到游动滑车，其中该悬挂系统包括拉力传感器。一种用于监测钻机中的大钩载荷的系统，该系统包括：游动滑车，其通过钻井钢丝绳悬挂在钻机的钻架的顶部的天车上；框架，其上安装钻具和/或管柱；至少一个拉杆，其将框架连接到游动滑车，其中该至少一个拉杆包括应变仪；以及控制系统，其接收与应变仪感测的拉力相对应的信号，其中该控制系统至少部分地基于从应变仪接收的信号来确定大钩载荷。附图说明通过结合附图参考以下描述，可以获得对本实施方案的更完整的理解，其中相同的附图标记表示相同的特征。图1示出了钻机和控制系统的示意图。图2示出了钻机和远程计算资源环境的示意图。图3示出了计算系统的示意图。图4A示出了钻机系统内用于钻井作业的顶部驱动装置的透视图。图4B示出了图4A所示的多个顶部驱动部件的分解透视图。图5示出了用于悬挂图4A所示的顶部驱动装置的游动滑车的透视图。图6A是包括四个拉杆的悬挂系统的透视图。图6B是图6A的悬挂系统的拉杆的侧视图。图6C是图6A的悬挂系统的拉杆的俯视图。图6D是图6A的悬挂系统的拉杆的侧向横截面视图。图7A和图7B是图4A所示的顶部驱动装置的传动箱组件的透视图。具体实施方式鉴于下面的一般性讨论，通过参考下面的图1至图7B可以更好地理解优选实施方案。在某些实施方案的高级别描述的背景下，可以更容易地理解本公开。本专利技术的实施方案提供了一种具有更高精确性的载荷测量系统的顶部驱动装置，其中应变仪可以内置在用于将顶部驱动装置悬挂在游动滑车上的垂直拉杆中。这一解决方案允许内置应变仪仅监测拉应力(而非剪切力)，其中拉应力测量的精度可以非常高。对内置钻压传感器的拉杆进行了测试。测试的目的在于验证带有内置应变仪(WOB传感器)的拉杆在整个范围内提供99.5％的载荷测量精度，在5％至50％的范围内提供99.7％的载荷测量精度。对一组拉杆(4根单独的拉杆)进行测试。在测试之前，每根拉杆：进行尺寸控制，并验证是否符合详图；检查并核实MTR以符合规范；安装应变仪并检查信号；安装在拉力机中并与放大器和读取器电连接；并且承受150％的拉力载荷并“置零”。测试使用校准额定值≥13，000KN(150短吨)的经校准拉力机。通过施加拉力载荷对每个拉杆进行测试。记录并比较所施加的载荷(参考拉力机)读数和拉杆(应变仪)读数。测试包括：增加到目标载荷；降低到目标负荷；直接获得目标载荷。对于增加载荷测试，在所有测试之间，将拉力载荷减小到零。对于降低载荷测试，在降低到测试值之前，将载荷提高到至少为载荷等级的110％。对于所有测试，在达到稳定值之后，将载荷保持稳定至少5秒钟。测试结果仅适用于拉杆。测试结果证实，750千磅(375短吨)载荷范围内的钻压传感器精度偏差限制在≤0.06％。在1000千磅(500短吨)的峰值时，偏差≤0.12％。这些测试结果表明：在运行过程中：通过在吊卡中提升净50吨，误读将限制在±90磅；通过在吊卡中提升净100吨，误读将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于监测钻机状况的方法，所述方法包括：/n经由至少一个拉杆将钻具悬挂在游动滑车上；/n将拉力传感器固定到所述至少一个拉杆上，其中所述拉力传感器产生代表所述至少一个拉杆中的拉力的信号；/n将所述信号从所述拉力传感器传递到控制系统；并且/n利用所述控制系统来监测所述信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170522 US 15/601,0591.一种用于监测钻机状况的方法，所述方法包括：
经由至少一个拉杆将钻具悬挂在游动滑车上；
将拉力传感器固定到所述至少一个拉杆上，其中所述拉力传感器产生代表所述至少一个拉杆中的拉力的信号；
将所述信号从所述拉力传感器传递到控制系统；并且
利用所述控制系统来监测所述信号。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述悬挂包括利用多个拉杆来悬挂所述钻具，并且所述固定包括将至少一个拉力传感器固定到每个拉杆上。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述悬挂包括利用四个拉杆来悬挂所述钻具，并且所述固定包括将至少一个拉力传感器固定到每个拉杆上。


4.根据权利要求1所述的方法，其中传递所述信号包括从所述拉应力传感器无线传递到控制系统。


5.一种用于监测钻机状况的系统，所述系统包括：
游动滑车，其经由钻井钢丝绳悬挂在所述钻机的钻架的顶部的天车上；
框架，其上安装钻具和/或管柱；以及
悬挂系统，其将所述框架连接到所述游动滑车，其中所述悬挂系统包括拉力传感器。


6.根据权利要求5所述的系统，其中所述框架包括传动箱组件，至少一个马达附接到所述传动箱组件上。


7.根据权利要求5所述的系统，其中所述悬挂系统包括拉杆，并且所述拉力传感器是集成在所述拉杆中的应变仪。


8.根据权利要求5所述的系统，其中所述拉力传感器包括超声波传感器。


9.根据权利要求5所述的系统，其中所述悬挂系统包括多个拉杆，并且所述拉力传感器包括多个拉力传感器，其中每个拉杆中集成有至少一个传感器。


10.根据权利要求5所述的系统，其中所述悬挂系统包括四个拉杆，并且所述拉力传感器包括至少四个拉力传感器，其中每个拉杆中集成有至少一个传感器。


11.根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：布琳朱路易·艾斯，奥依维德·欧利姆斯泰德，马格努斯·伯格，
申请(专利权)人：卡梅伦技术有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL