用于测量井下位置处的重量和扭矩的设备和方法技术

本发明专利技术涉及用于测量井下位置处的重量和扭矩的设备和方法。测力计测量在送入工具位置处施加的重量和扭矩，并且将测得信息发送给钻井平台操作员。该系统包括具有双向扭矩和重量传感器的测力计杆，其顺列地联接到钻柱上，并且进一步联接到送入工具上，使得测力计杆将测量在送入工具处施加的扭矩和重量，以及作为响应而产生信号。测力计杆通讯联接到接受器杆上，使得接受器杆可接收来自测力计杆的信号。接受器杆在钻井平台的回转台处顺列地联接到钻柱上，并且进一步通讯联接到位于钻井平台的操作员附近的显示器上，使得接受器杆可将信号发送给显示器。显示器对操作员实时地呈现信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体涉及感测施加到钻柱上的扭矩和重量，并且具体而言，涉及感测在泥线水平和泥线以下的水平处施加到钻柱上的扭矩和重量。
技术介绍
在海底钻井操作中，钻井船舶大体浮动在待钻井的区域上面。然后钻井船舶送入钻井立管，钻井立管从水面钻井船舶延伸到位于海床处的井头。钻井立管用作船舶和井头之间的生命线，因为大多数钻井操作都是通过钻井立管来执行的。在井需要装置时，例如套管悬挂器、桥接件悬挂器、密封件、耐磨衬套等，它们在钻柱上从船舶的表面传送通过立管，通过井头并进入井孔中。使用重量和旋转来放置和促动这些装置。因为这一点，在某种程度上特别地知道在海底环境中施加到装置上的重量和扭矩是重要的，以知道装置已经到达 井孔中的合适位置，并且被恰当地促动。典型地，通过在钻井船舶处测量施加的扭矩和重量来实现这一点。因为钻井船舶浮动在海底井头的上方，所以它们会经受海流和风的影响。海流和风将推动钻井船舶，使得它们在井头的上方无法保持完全固定，尽管努力将它们锚定到海床上。另外，立管本身会经受海流引起的运动。因为这一点，立管将无法在井头和钻井船舶之间保持真正的竖直。相反，立管将响应于船舶相对于井头的位置和在锚定在钻井船舶和井头处的端部之间延伸的未锚定的立管区段上的海流的影响而“弯曲”。在钻探较深的水中的位置吋，问题变得恶化。在立管弯曲时，穿过立管的钻柱将接触立管，而不是在立管壁之间保持悬空。在钻柱接触立管壁所处的位置处，钻柱被锚定，并且将钻井船舶施加到钻柱上的操作重量和扭矩中的一些从钻柱传递到立管。因而，在井孔中施加到装置上的总扭矩和总重量小于在钻井船舶处施加的总扭矩和总重量。因为装置依赖于合适的重量和扭矩来设置、设定和测试在井孔中的合适位置，所以由于抵靠着立管而锚定钻柱而引起的扭矩和重量的损失可意味着钻井船舶处的操作员未恰当地测试、设定或设置装置，因为他们以在钻井船舶处得到的扭矩和重量量度作为他们的行动的基础。为了确保施加合适的扭矩和重量来设置、设定和测试装置，測量在装置位置处施加的扭矩和重量是必要的。用于感测已经施加了合适的重量和扭矩来设定井下消耗品的一种现有技术的方法包括在井下消耗品的设置位置处使用带特殊凹槽的套管。然后将接近传感器结合到消耗品中，或者备选地结合到与消耗品顺列的単独的工具中。当特殊的套管上的凹槽紧邻传感器时，接近传感器被触发(trip)。然后接近传感器产生声学信号，在平台处接收该声学信号，并且将该声学信号理解为工具的设置。不幸的是，这些装置需要使用专门的工具和专门的套管来合适地产生设定/设置信号。另外，装置无法提供关于在消耗品处施加的重量和扭矩的信息，该信息可指示钻井平台和井是否相对于彼此有错位，或者钻柱已经被锚定。用于感测井下位置处的重量和扭矩的另ー种现有技术的方法包括使用悬空应变量计传感器来測量和记录井下位置处的重量和扭矩。但是，不是使用这些传感器来实时地确定所发生的事情，而是在设定任何井下消耗品之前确定在钻井期间的摩擦损失。研究来自这些装置的数据和计算，并且使用它们来在类似的位置和地层类型处进行钻井操作。在井头消耗品的设置、设定和测试期间，它们不对操作员提供实时反馈。因此，存在对ー种用于在设置、设定和测试海底井头装置时感测在泥线中的重量和扭矩的方法和设备的需要。
技术实现思路
通过提供了一种用于实时地測量井下位置处的重量和扭矩的设备及其使用方法的本专利技术的优选实施例，大体解决或规避了这些和其它问题，并且大体实现了技术优点。根据本专利技术的一个实施例，一种用于测量钻井平台在井下海底送入工具处施加到钻柱上的扭矩和重量的系统，该系统包括测カ计杆、接受器杆和显示器。测カ计杆具有顺列地联接到钻柱上的双向扭矩和重量传感器。测カ计杆进ー步联接到送入工具上，使得测カ计杆将測量在送入工具处施加的扭矩和重量，以及作为响应而产生信号。测カ计杆通讯联接到接受器杆上，使得接受器杆可接收来自测カ计杆的信号。接受器杆又在钻井平台的回转台处顺列地联接到钻柱上，并且进一歩通讯联接到位于钻井平台的操作员附近的显示器上。在接受器杆和显示器之间的通讯联接允许接受器杆将信号发送给显示器。显示器又实时地对操作员呈现信号。根据本专利技术的另ー个实施例，一种用于测量钻井平台在井下海底送入工具处施加到钻柱上的扭矩和重量的系统，该系统包括测カ计杆、信号发送器、信号接受器和显示器。测カ计杆具有顺列地联接到钻柱上且进ー步联接到送入工具上的双向测压元件。信号发送器联接到测カ计杆和双向测压元件上。信号发送器构造成接收来自双向测压元件的多个信号，以及将那些信号发送给信号接受器。信号接受器通讯联接到显示器上，并且显示器构造成以操作员所理解的方式实时地呈现信号。根据本专利技术的又一个实施例，一种用于在设置海底井头消耗品时感测在泥线中由钻井平台在井下海底送入工具处施加到钻柱上的重量和扭矩的方法包括以下步骤。首先，该方法提供重量和扭矩感测系统，并且将其顺列地联接到钻柱和送入工具上。接着，该方法沿着海底立管向下送入感测系统，并且将感测系统送入到井孔的泥线中。然后该方法操作送入工具，并且响应于送入工具的操作而在重量和扭矩感测系统的双向测压元件中产生信号。接着，该方法将信号从感测系统的双向测压元件发送到钻井平台处的显示器，并且将信号传输给钻井平台操作员。优选实施例的优点在于其实时地提供在海底井孔中的装置位置处施加的扭矩和重量的量度。这允许钻井船舶的操作员更好地确定装置已经在井孔中恰当地设置和设定。另外，通过比较该量度与在水面处施加的扭矩和重量的量度，操作员将得到钻柱已被锚定在海底立管上的指示。附图说明为了获得本专利技术的特征、优点和目标以及其它将变得显而易见的方式，并且可详 细地理解该方式，可通过參照本专利技术的实施例来得到在上面简要概述的本专利技术的更具体的描述，在附图中示出了本专利技术的实施例，附图形成本说明书的一部分。但是，要注意，附图仅示出本专利技术的优选实施例，并且因此不应理解为限制其范围，因为本专利技术可容许有其它等效的实施例。图I是在井头组件和浮动平台之间延伸的立管的示意图。图2是采用了本专利技术的一个实施例的钻井工具的示意图。图3是图2中采用的示例性测量工具的示意图。图4A-5B是图3的示例性测量工具所采用的重量和扭矩传感器的示意图。图6是ー个备选测量工具的示意图。图7是本专利技术的一个实施例中采用的接受器工具的示意图。 图8是在本专利技术的一个实施例中通讯联接的測量工具、接受器工具和显示器区域的示意图。图9是本专利技术的一个备选实施例的示意图。图10-12是在设置、设定和/或测试海底井头消耗品的操作步骤中的套管悬挂器送入工具的示意图。具体实施例方式现在将在下文參照附图来更加完整地描述本专利技术，附图示出了本专利技术的实施例。但是，本专利技术可体现为许多不同的形式，并且不应理解为限于本文阐述的示出的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和全面的，并且将对本领域技术人员完整地传达本专利技术的范围。相同标号在全文中指示相同元件，而且点撇符号(如果使用了的话)在备选实施例中指示类似的元件。在以下论述中，阐述了许多具体细节，以提供对本专利技术的彻底理解。但是，将对本领域技术人员显而易见的是，可在没有这样的具体细节的情况下实践本专利技术。另外，对于大部分而言，已经省略了关于钻井平台操作、立管组装和拆卸、井头消耗品的操作和使用等有关的细本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.03.03 US 13/0400021.一种用于送入海底井头构件的系统，包括 具有用于联接到送入柱上的上部端的送入工具，所述送入工具适于承载和设定所述构件； 测カ计杆，其具有双向扭矩和重量传感器，并且适于顺列地联接到所述送入柱上，以及进ー步联接到所述送入工具上，使得所述测カ计杆将測量在所述送入工具处施加的扭矩和重量，并且作为响应而产生信号； 适于在海平面上方顺列地联接到所述送入柱上的接受器杆； 所述测カ计杆通讯联接到所述接受器杆上，使得所述接受器杆能够接收来自所述测カ计杆的所述信号； 用于对操作员实时呈现所述信号的显示器；以及 所述接受器杆进一歩通讯联接到位于所述钻井平台的操作员附近的所述显示器上，使得所述接受器杆能够将所述信号发送给所述显示器。2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述测カ计杆包括 信号发送器，其联接到所述扭矩和重量传感器上，使得所述信号发送器将电势供应给所述扭矩和重量传感器，以及作为响应而接收对应的电势；以及 所述信号发送器进ー步联接到所述测カ计杆上，使得所述信号发送器能够将所述电势作为信号发送给所述接受器杆。3.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述接受器杆包括 信号接受器，其联接到所述接受器杆上，以接收所述测カ计杆所产生的所述信号；以及所述信号接受器进ー步通讯联接到接受器发送器上，使得所述信号接受器所接收的所述信号能够发送给所述显示器。4.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述信号发送器包括放大电路，以接收来自所述扭矩和重量传感器的所述信号，以及放大所述信号来进行发送。5.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，在所述测カ计杆和所述接受器杆之间的通讯联接包括声学信号。6.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，在所述接受器杆和所述显示器之间的通讯联接包括无线电信号。7.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述双向扭矩和重量传感器包括 具有布置成两个惠斯通电桥的至少八个应变量计的双向测压元件； 两个应变量计在所述测カ计杆的沿直径相对的侧上与测カ计轴线平行地结合到所述测カ计杆上； 两个应变量计在所述测カ计杆的沿直径相対的侧上与所述测カ计轴线垂直地结合到所述测カ计杆上，使得所述平行的应变量计和所述垂直的应变量计能够连通性地联接成第一惠斯通电桥，以产生对应于施加到所述测カ计杆上的重量载荷的电压； 两个应变量计在所述测カ计杆的沿直径相对的侧上相对于垂直于所述测カ计轴线的轴线以四十五度角结合到所述测カ计杆上；以及 两个应变量计在所述测カ计杆的沿直径相对的侧上相对于垂直于所述测カ计轴线的所述轴线以负四十五度角结合到所述测カ计杆上，使得所述应变量计能够连通性地联接成第二惠斯通电桥，以产生对应于施加到所述测カ计杆上的扭矩载荷的电压。8.一种用于送入海底井头构件的系统，包括 具有用于联接到送入柱上的上部端的送入工具，所述送入工具适于承载和设定所述构件； 所述送入工具具有用于响应于旋转而施加设定カ的旋转装置； 测カ计杆，其具有适于顺列地联接到所述送入柱上且进ー步联接到所述送入工具上的双向测压元件； 联接...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·K·科巴塔，L·A·佩鲁奇，R·R·艾蒙，P·P·阿尔法诺，
申请(专利权)人：韦特柯格雷公司，
类型：发明
国别省市：