用于监控升降式钻塔的方法和设备技术

本发明专利技术公开了一种用于监控升降式钻塔的方法和设备，该升降式钻塔包括平台（１２）；至少一条腿（１４）；至少一根具有齿状齿条（１０６）的弦杆（１０４）；和升降设备（１００），该升降设备包括由马达（１２０）驱动的爬升小齿轮设备（１０８、１２１、１２２ｓ、１２２ａ、１６１），用于在至少一条腿（１４）上升降所述平台（１２），所述爬升小齿轮设备（１０８、１２１、１２２ｓ、１２２ａ、１６１）包括轴（１２２）和用于与所述齿状齿条（１０６）啮合的齿轮（１０８），其特征在于，至少一个应变传感设备（１３０）设在所述爬升小齿轮设备（１０８、１２１、１２２ｓ、１２２ａ、１６１）上，所述方法包括下述步骤：利用所述应变传感设备（１３０）获得表示应变的信号，和将所述信号发送至控制系统并处理所述信号，从而产生所述弦杆（１０４）上的载荷值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于监控升降式钻塔和便于升起该升降式钻塔的方法和设备。
技术介绍
存在很多类型的主要用于油气井的构建、维护和修理的海上平台。通常称作“升降式平台”的海上平台是具有由升降单元驱动的向下延伸并且接触海底的腿的浮船。“升降式”平台是具有一条或多条腿的任何自升式海上平台或甲板，每条腿包括一根或多根弦杆，所述“升降式”平台用于进行下述多种操作中的任一种，所述操作包括但不限于：钻井、生产、油井维修或其它海上操作或工作，所述“升降式”平台具有被可下降至海底的腿支承的能力，可选地具有通过下述步骤从一个海上位置重新定位至另一海上位置的能力：降低到一浮动位置；运动到一新的海上位置；和再次自升到一升高位置。这种“海上”钻塔和平台是公知的并且通常包括通常安装在多条腿(例如三条或更多条腿)上的钻井钻塔或“船体”，每条腿设有形成支撑脚(腿的“定位桩罐”)的基部。在某些系统中，每条腿具有一根或多根在结构上彼此连接从而形成一个单元(“腿”)的弦杆。现在使用的是具有一到四根弦杆的腿。每根弦杆具有一个或两个(彼此相对的)齿条。每个齿条由一个或更多个小齿轮驱动。钻塔或平台放置在期望的位置处，然后被升高到海面之上的工作高度。钻塔沿着其每条腿的机动化位移(“升起”)将钻塔升高。每条腿可独立于其它腿升高到某种程度，以使得操作者可例如对腿不均匀地穿入海床进行纠正。钻塔通过驱动每条腿的齿条-小齿轮组相对于每条腿被升高或降低，所述系统通常具有三条腿，所述三条腿在三角形结构的每个角或拐角中布置有三根弦杆和支撑(“弦杆”表示每条腿的每个“构件”)。这种类型的升降系统包括：至少一个细长齿条，所述齿条垂直安装在竖立腿的外侧表面上并且基本上延伸经过该竖立腿的整个长度；和多个与每个齿条啮合的协同作用的小齿轮。每个小齿轮借助于相应马达通过一系列减速齿轮被驱动。当平台由海底上的竖立腿支承时，该支承受升降系统的齿条与小齿轮啮合的影响。以这种方式，在海上操作期间，由平台的自重和环境作用力(诸如风、波浪、涌流和其它作用力)构成的载荷施加在齿条与小齿轮啮合的升降系统上。当给定腿的位置改变时，与该腿相关的小齿轮沿相同方向并且以相同的理论速度同时进行操作。直线位移的速度取决于腿上的载荷。当腿倾斜时，具有最小载荷的弦杆通过其马达比其它腿更快地被升高，导致相关腿上的“齿条路程差(rack path differential)”或齿条相位差(或“RPD”)的额外增加。在很多现有技术系统中，钻塔(船体)和“腿”相对于海床的相对位置(系统的几何形状)相对于两组固定参考点进行检测，所述两组固定参考点是钻塔船体的底部和“升降结构”或“升降壳体”的顶部。正确放置可受很多因素限制：例如操作者的错误放置；存在或出现主要横向的应力或载荷，诸如由于涌流、波浪起伏和/或风引起的那些应力或载荷；腿的脚部的不均匀嵌入；非均匀的或倾斜的基础；或提升马达或制动器上的操作故障。常常很难确定涉及哪些因素。结构上的过大应力，特别是腿上的过大应力，具有损坏腿的风险，可能导致钻塔停工-->和显著减小钻塔的使用寿命。“齿条路程差”(给定齿条路程的差，即，对于给定数量的齿条凹口结构上的几何差)是一种水平性缺陷。通常地，当钻塔在现场时，腿被降低，直到它们的尖端搁置在海床上，然后钻塔被升出水面，直至其工作位置。这包括根据海床的性质将尖端一定程度地穿入海床，但是通常腿保持竖直而且仅作用在单元上的作用力保持在设计钻塔时所选定的强度范围内。但是，在某些情况下，海床可以是倾斜的或不平坦的等等，这可导致一水平偏差，一条或更多条腿相对于竖直面的偏差，该偏差在所涉及的一条或多条腿上产生弯曲力矩。如果这些偏差影响两条或三条腿，则这些偏差不是必然彼此平行的，这可使问题复杂化。这种弯曲使载荷在所涉及腿的三根弦杆上变得不相等，腿相对于其导向部处于歪斜位置。该不平衡可能使得不再可能移动钻塔。钻塔于是不得不再次降低至水面高度，到漂浮状态以消除载荷，支承腿从海床收回已获得的穿入部分，然后重新开始升降操作。这可能根据情况的严重性将位置的稍微移动以避免第一着陆区域(footprint)(尽管这种操作通常是不推荐的)与腿的前后运动(比如扩展)以纠正偏差相结合。这种动作显然费时间而且不总是成功的。在某些严重情况下，不得不做出决定以将钻塔从计划的钻井位置运动到离开50-100米的另一位置，重新开始具有同样不确定性的操作。在钻塔不得不定位在固定生产平台旁边时，可能实施后一种解决方案。在这种情况下，仅很小距离的富余可用于升起钻塔。本专利技术人意识到，对于既用于监控钻塔腿上的载荷又用于监控腿的位置改变的、有效且有效率的系统和方法的需求已经很久了。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种用于监控升降式钻塔的方法，所述钻塔包括平台；至少一条腿；至少一根具有齿状齿条的弦杆；和升降设备，所述升降设备包括由马达驱动的爬升小齿轮设备，用于在所述至少一条腿上升降所述平台，所述爬升小齿轮设备包括轴和用于与所述齿状齿条啮合的齿轮，其特征在于，至少一个应变传感设备设在所述爬升小齿轮设备，所述方法包括下述步骤：利用所述应变传感设备获得表示应变的信号，和将所述信号发送至控制系统并处理所述信号，从而产生所述弦杆上的载荷值。优选地，其中所述应变传感设备位于所述轴上，所述方法包括使用所述应变传感设备来感测所述齿轮中的应变以产生表示应变的信号的步骤。有利地，所述应变传感设备位于所述轴上，所述方法包括使用所述应变传感设备来感测所述轴中的应变以产生表示应变的信号的步骤。有利地，所述爬升小齿轮设备还包括至少一个另外的齿轮和另外的轴，其中至少一个应变传感设备布置在所述另外的轴上，所述方法包括使用应变传感设备来感测另外的小齿轮中的应变以产生表示应变的信号的步骤。优选地，所述爬升小齿轮设备还包括至少一个另外的齿轮和另外的轴，其中所述至少一个应变传感设备布置在所述另外的齿轮上，所述方法包括使用所述应变传感设备来感测所述另外的齿轮中的应变以产生表示应变的信号的步骤。有利地，所述应变传感设备位于所述齿轮上，所述方法包括使用所述应变传感设备来感测所述齿轮中的应变以产生表示应变的信号的步骤。有利地，所述至少一个应变传感设备是多个应变仪。优选地，多个应变仪被放置在轴和另外的轴上以便感测所述轴和另外的轴上的应变，从而产生表示应变的信号。有利地，-->多个应变仪被放置在齿轮和另外的齿轮上以便感测所述齿轮和另外的齿轮上的应变，从而产生表示应变的信号。优选地，有多个轴和齿轮，所述多个轴和齿轮中的至少几个设有应变仪以便感测该多个轴和齿轮中的至少几个中的应变，从而产生表示应变的信号。优选地，所述方法还包括在显示器上显示弦杆的载荷测量值的步骤。优选地，载荷测量值实时显示在显示器上。有利地，所述应变传感设备形成载荷监控器的部分。有利地，马达上的载荷被测量，表示马达上的载荷的信号被发送至控制系统。优选地，所述方法还包括将所述弦杆上的载荷值与规定值相比较的步骤，如果所述弦杆上的载荷值大于所述规定值，则致动警报器。所述规定值可以是完全预定的值，或者可以从历史值中获得，或者可以与其它腿上的载荷相关和根据其它腿上的载荷而改变。有利地，所述方法还包括保留弦杆上的载荷值的历史记录和使用控制系统获取所述历史记录的步骤。优选地，所述方法还本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于监控升降式钻塔的方法，所述钻塔包括平台（１２）；至少一条腿（１４）；至少一根具有齿状齿条（１０６）的弦杆（１０４）；和升降设备（１００），所述升降设备（１００）包括由马达（１２０）驱动的爬升小齿轮设备（１０８、１２１、１２２ｓ、１２２ａ、１６１），用于在所述至少一条腿（１４）上升降所述平台（１２），所述爬升小齿轮设备（１０８、１２１、１２２ｓ、１２２ａ、１６１）包括轴（１２２）和用于与所述齿状齿条（１０６）啮合的齿轮（１０８），其特征在于，至少一个应变传感设备（１３０）设在所述爬升小齿轮设备（１０８、１２１、１２２ｓ、１２２ａ、１６１）上，所述方法包括下述步骤：利用所述应变传感设备（１３０）获得表示应变的信号，和将所述信号发送至控制系统并处理所述信号，从而产生所述弦杆（１０４）上的载荷值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-10-5 60/997,784;US 2008-9-25 12/284,8861.一种用于监控升降式钻塔的方法，所述钻塔包括平台(12)；至少一条腿(14)；至少一根具有齿状齿条(106)的弦杆(104)；和升降设备(100)，所述升降设备(100)包括由马达(120)驱动的爬升小齿轮设备(108、121、122s、122a、161)，用于在所述至少一条腿(14)上升降所述平台(12)，所述爬升小齿轮设备(108、121、122s、122a、161)包括轴(122)和用于与所述齿状齿条(106)啮合的齿轮(108)，其特征在于，至少一个应变传感设备(130)设在所述爬升小齿轮设备(108、121、122s、122a、161)上，所述方法包括下述步骤：利用所述应变传感设备(130)获得表示应变的信号，和将所述信号发送至控制系统并处理所述信号，从而产生所述弦杆(104)上的载荷值。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述应变传感设备(130)位于所述轴(122)上，所述方法包括使用所述应变传感设备(130)来感测所述轴(122)中的应变以产生所述表示应变的信号的步骤。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述爬升小齿轮设备(108、121、122s、122a、161)还包括至少一个另外的齿轮和另外的轴(132-135)，其中所述至少一个应变传感设备(130)布置在所述另外的轴(132-135)上，所述方法包括使用所述应变传感设备(130)来感测所述另外的小齿轮(122)中的应变以产生所述表示应变的信号的步骤。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述爬升小齿轮设备(108、121、122s、122a、161)还包括至少一个另外的齿轮和另外的轴(132-135)，其中所述至少一个应变传感设备(130)布置在所述另外的齿轮上，所述方法包括使用所述应变传感设备(130)来感测所述另外的齿轮中的应变以产生所述表示应变的信号的步骤。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述应变传感设备(130)位于所述齿轮(108)上，所述方法包括使用所述应变传感设备(130)来感测所述齿轮(108)中的应变以产生所述表示应变的信号的步骤。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个应变传感设备(130)是多个应变仪。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在显示器中显示所述弦杆(106)的载荷测量值的步骤。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个应变传感设备(130)形成载荷监控器的部分。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括将所述弦杆(104)上的所述载荷值与一规定值相对比的步骤，如果所述弦杆(104)上的所述载荷值大于所述规定值，则致动警报器。10.根据前述权...

【专利技术属性】
技术研发人员：JS格兰特，B兰德斯，
申请(专利权)人：国民油井华高有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]