水下下入工具中的相对转数和位移的测量制造技术

本发明专利技术涉及水下下入工具中的相对转数和位移的测量。更具体而言，本发明专利技术涉及一种下入工具响应于水下井口装置的设置而产生信号，该信号对应于下入工具在水下井口中的实际旋转和位移。下入工具包括编码器，其产生与下入工具的杆相对于下入工具的主体的转数相对应的信号。下入工具还包括轴向位移传感器，其产生与下入工具的柱塞相对于主体的轴向位移相对应的信号。该信号使用位于下入工具上的发射机和定位成靠近水面处的钻井平台的声接收机而传送到水面。该信号从接收机传送到操作者界面装置以用于以操作者理解的方式进一步传送。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及水下下入工具，并且更具体而言，涉及感测在泥线和泥线下水平处的水下下入工具的相对转数和相对位移。
技术介绍
在水下操作中，水面平台通常浮在待钻探的区域上方。水面平台然后下入钻井立管(riser)，钻井立管从水面平台延伸至位于海底的井口。由于大部分钻井操作通过钻井立管进行，因此钻井立管充当船体与井口之间的生命线。当井需要诸如套管悬挂器、跨接悬挂器、密封件、抗磨补心(bushing)等的装置时，这些装置需要在下入管柱上从船体的表面穿过立管、通过井口并进入井筒中。可利用重量、旋转和液压力来放置和促动这些装置。由于这个原因，重要的是一定程度上确切地知道下入工具在水下环境中的相对转数和位移。了解这些信息使操作者能知道该装置已到达井筒中的合适位置并且被适当地促动。通常，这通过在水面平台处监测下入管柱的转数和下入管柱的位移而实现。因为水面平台浮在水下井口的上方，所以它们受到海流和风的影响。虽然尝试将立管固定到海底，但海流和风将推动水面平台，使得它们在井口上方不完全保持静止。此外，立管本身由于海流而发生移动。由于这个原因，立管不会在井口与水面平台之间真正保持竖直。相反，立管将响应于船体相对于井口的位置以及海流对未固定的立管分段的影响而“弯曲”，其中未固定的立管分段在固定到水面平台的立管柱的端部和固定到井口的立管柱的端部之间延伸。当勘探更深的水中的位置时，问题变得严重。当立管弯曲时，穿过立管的下入管柱将接触立管，而不是在立管内保持同轴。在下入管柱接触立管壁的位置处，下入管柱变得被固定，并且将由水面平台施加到下入管柱的操作重量和扭矩中的一些从下入管柱传递到立管。因此，施加到井筒中的装置的实际扭矩和重量小于施加在水面平台处的总扭矩和重量。这导致下入工具的相对转数和位移相比在水面处的转数和下入管柱位移的差值。此外，施加在水面处的转数和位移与在下入工具处的转数和位移的差值可以由于下入管柱的长度而实现。下入管柱可通过井口与水面之间的立管而延伸数千英尺。当旋转时，下入管柱的管段可以相对于彼此扭曲，使得每一转的一部分被下入管柱所消减。类似地，一些轴向位移被下入管柱段相对于彼此的位移所消减。因此，在水面处施加的转数和位移可能不会转换成在井口处的下入工具处的相同位移或转数。因此，需要一种方法和设备，其用于在用下入工具坐放、设置(setting)和测试水下井口装置时感测在泥线和泥线下水平处的下入工具的转数和位移。
技术实现思路
通过本专利技术的优选实施例解决或规避这些和其它问题，并且大体实现技术优点，优选实施例提供了用于实时测量水下下入工具在井下位置处的相对转数和相对位移的设备以及使用该设备的方法。根据本专利技术的一个实施例，公开了一种用于下入和设置水下井口部件的系统。该系统包括下入工具，其具有用于联接到下入管柱的上端，该下入工具适于运送和设置水下井口部件。下入工具具有主体；具有轴线的杆，该杆通过主体；以及围绕主体的柱塞(piston)。杆相对于主体可旋转，并且柱塞可以相对于主体轴向移动以设置水下井口部件。编码器定位在杆和主体之间且用于检测杆与主体之间的相对旋转。轴向位移传感器定位在柱塞与杆之间且用于检测柱塞和主体之间的相对轴向运动。发射机可通信地联接到编码器和轴向位移传感器，并且接收机可通信地联接到发射机，接收机位于水面平台处。操作者界面装置可通信地联接到接收机且位于水面平台上。编码器和轴向位移传感器分别将与相对转数和位移有关的信息传送到发射机，发射机将信息传送到接收机，并且接收机将信息传送到操作者界面装置。根据本专利技术的另一个实施例，公开了一种用于下入和设置水下井口部件的系统。该系统包括下入工具，其具有用于联接到下入管柱的上端，该下入工具适于运送和设置部件。下入工具具有主体、穿过主体的杆和围绕主体的柱塞。主体、杆和柱塞与主体的轴线同轴，并且杆相对于主体可旋转,并且柱塞可相对于主体轴向移动。编码器定位在杆和主体之间以检测杆和主体之间的相对旋转并作为响应而产生旋转信号，并且发射机可通信地联接到编码器以用于将旋转信号发送到水面平台。接收机位于水面平台处且可通信地联接到发射机以用于接收在水面处的旋转信号，并且操作者界面装置可通信地联接到接收机。操作者界面装置定位成靠近钻机的操作者，以使得接收机可以将旋转信号发送到操作者界面装置。根据本专利技术的又一个实施例，公开了一种用于下入和设置水下井口部件的系统。该系统包括下入工具，其具有用于联接到下入管柱的上端，该下入工具适于运送和设置部件。下入工具具有主体、穿过主体的杆和围绕主体的柱塞，并且主体、杆和柱塞与主体的轴线同轴。杆相对于主体可旋转，并且柱塞可以相对于主体轴向移动。轴向位移传感器定位在柱塞和主体之间以检测柱塞和主体之间的相对轴向运动并作为响应而产生轴向信号。发射机可通信地联接到轴向位移传感器，用于将轴向信号发送到水面。接收机位于水面平台处且可通信地联接到发射机用于接收水面处的轴向信号，并且操作者界面装置可通信地联接到接收机。操作者界面装置定位成靠近钻机的操作者，以便接收机可以将轴向信号发送到操作者界面用于进一步传送信号。根据本专利技术的又一个实施例，公开了一种用于下入和设置水下井口装置的方法。该方法提供连接到水下井口装置的下入工具，下入工具具有联接在下入工具内用于检测下入工具相对旋转和位移的编码器和轴向位移传感器。该方法接着将下入工具在下入管柱上从水面平台下入到水下立管，并将水下井口装置定位在水下井口组件中。该方法接着操作下入工具以将水下装置设置在水下井口组件中。在操作下入工具的同时，下入工具响应于水下装置的设置而在编码器和轴向位移传感器中产生信号。该方法接着将信号从编码器和轴向位移传感器发送到在钻机处的显示器；然后以操作者理解的方式呈现信号。优选实施例的优点在于:它以实时方式提供在水下井筒中的下入工具位置处的相对转数和位移的测量。这允许水面平台的操作者在更大程度上确信将由下入工具设置的水下装置已正确坐放和设置在井筒中。此外，通过比较下入工具的实际转数和位移与在水面处施加的相对转数和位移的测量值，操作者将获得下入管柱已固定到水下立管的指示。附图说明为了获得使本专利技术的特征、优点和目的以及其它将变得显而易见的方式并使其能被更详细地了解，以上简要概述的本专利技术的更具体的描述可以參照在附图中示出的本专利技术的实施例而进行，附图构成本说明书的一部分。然而，应当指出，附图仅示出本专利技术的优选实施例，并且因此不应视为限制本专利技术的范围，因为本专利技术可以允许其它等效实施例。图1是在井口组件和浮式平台之间延伸的立管的示意图。图2是其中设有下入工具的水下井口组件的示意性剖视图。图3是连接到套管悬挂器和套管悬挂器密封件的图2的下入工具的示意性剖视图。图3A是在套管悬挂器密封件和下入工具之间的连接的详图。图3B是在套管悬挂器和下入工具之间的连接的详图。图4A-4H是局部剖视图和详图，示出了将图3的套管悬挂器坐放和设置在图2的井ロ组件的高压外壳中的过程中的操作步骤。图5是其上安装有代码柱的图3的下入工具的主体的剖视图。图5A是图5的代码柱和主体的详图。图6是图3的下入工具的杆的示意图。图6A是示出安装在其上的光源的图6的杆的详图。图7是其上安装有轴向位移传感器的图3的下入工具的局部剖视示意图。图7A是图7的轴向位移传感器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于下入和设置水下井口部件的系统，包括：下入工具，其具有用于联接到下入管柱的上端，所述下入工具适于运送和设置所述水下井口部件；其中，所述下入工具具有主体、具有轴线的杆以及围绕所述主体的柱塞，所述杆穿过所述主体；其中，所述杆相对于所述主体可旋转，并且所述柱塞可相对于所述主体轴向移动以设置所述水下井口部件；编码器，其定位在所述杆和所述主体之间且用于检测所述杆和所述主体之间的相对旋转；轴向位移传感器，其定位在所述柱塞和所述杆之间以检测所述柱塞和所述主体之间的相对轴向运动；发射机，其可通信地联接到所述编码器和所述轴向位移传感器；接收机，其可通信地联接到所述发射机，所述接收机适于定位在水面平台处；操作者界面装置，其可通信地联接到所述接收机且适于定位在所述水面平台上；并且其中，所述编码器和所述轴向位移传感器分别将与相对转数和位移有关的信息传送到所述发射机，所述发射机将所述信息传送到所述接收机，并且所述接收机将所述信息传送到所述操作者界面装置。

【技术特征摘要】
2011.10.27 US 13/282,6431.种用于下入和设置水下井口部件的系统，包括: 下入工具，其具有用于联接到下入管柱的上端，所述下入工具适于运送和设置所述水下井口部件； 其中，所述下入工具具有主体、具有轴线的杆以及围绕所述主体的柱塞，所述杆穿过所述主体； 其中，所述杆相对于所述主体可旋转，并且所述柱塞可相对于所述主体轴向移动以设置所述水下井口部件； 编码器，其定位在所述杆和所述主体之间且用于检测所述杆和所述主体之间的相对旋转; 轴向位移传感器，其定位在所述柱塞和所述杆之间以检测所述柱塞和所述主体之间的相对轴向运动； 发射机，其可通信地联接到所述编码器和所述轴向位移传感器； 接收机，其可通信地联接到所述发射机，所述接收机适于定位在水面平台处； 操作者界面装置，其可通信地联接到所述接收机且适于定位在所述水面平台上；并且其中，所述编码器和所述轴向位移传感器分别将与相对转数和位移有关的信息传送到所述发射机，所述发射机将所述信息传送到所述接收机，并且所述接收机将所述信息传送到所述操作者界面装置。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述轴向位移传感器包括: 管，其定位在所述主体内，所述管具有至少ー个电磁线圈；以及 铁磁体芯，其部分地定位在所述管内，使得通过所述管的芯的移动产生电气输出； 其中，所述芯的端部与所述柱塞相互作用以响应于所述柱塞的轴向位移而移动；并且其中，用于为可释放地固连到所述下入工具的套管悬挂器密封件充能的柱塞相对于所述主体的轴向移动将使所述芯移动通过所述管,从而产生传达所述柱塞相对于所述主体的轴向位移的量的输出信号。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述编码器包括: 光源，其定位在所述杆上，使得所述光源可径向向外导向光；以及 代码柱，其定位在所述主体的内径上，使得所述代码柱可暴露于由所述光源产生的光以生成旋转信号。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于: 在所述代码柱和所述主体之间放置有光电ニ极管； 所述代码柱限定多个窗ロ，所述多个窗ロ允许来自所述光源的光穿过所述代码柱以使所述光电ニ极管暴露于所述光源；并且 在所述杆相对于所述主体的旋转期间，所述光电ニ极管交替地暴露于所述光源和被挡离所述光源。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述编码器记录所述杆相对于所述主体的旋转数。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，发射机为声发射机，并且所述接收机为声接收机。7.一种用于下入和设置水下井口部件的系统，包括:下入工具，其具有用于联接到下入管柱的上端，所述下入工具适于运送和设置所述部件； 其中，所述下入工具具有主体、穿过所述主体的杆和围绕所述主体的柱塞； 其中，所述主体、所述杆和所述柱塞与所述主体的轴线同轴； 其中，所述杆相对于所述主体可旋转，并且所述柱塞可相对于所述主体轴向移动；编码器，其定位在所述杆和所述主体之间以检测所述杆和所述主体之间的相对旋转并作为响应而生成旋转信号； 发射机，其可通信地联接到所述编码器以用于将所述旋转信号发送到水面平台；接收机，其适于定位在所述水面平台处且可通信地联接到所述发射机以用于在所述水面处接收所述旋转信号； 操作者界面装置，其可通信地联接到所述接收机；并且 其中，所述操作者界面装置适于定位成靠近钻机的操作者，以使得所述接收机可将所述旋转信号发送到所述操作者界面装置。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括: 轴向位移传感器，其适于检测所述柱塞和所述主体之间的相对轴向运动并作为响应而生成轴向信号；并且 所述轴向位移传感器可通信地联接到所述发射机用于将所述轴向信号通过所述接收机发送到所述操作者界面装置。9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述编码器包括: 光源，其定位在所述杆上，使得所述光源可径向向外导向光；以及 代码柱，其定位在所述主体的内径上，使得所述代码柱可暴露于由所述光源产生的光以生成旋转信号。10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于: 所述代码柱限定多个窗口，所述多...

【专利技术属性】
技术研发人员：LA佩鲁奇，FK科巴塔，PP阿尔法诺，RR艾蒙，SL阿戈斯丁霍，
申请(专利权)人：韦特柯格雷公司，
类型：发明
国别省市：