本公開涉及一種用于驗(yàn)證要在井下應(yīng)用中使用的管件的規(guī)格的系統(tǒng)、裝置和方法。更具體地，本公開涉及一種用于通過在管件操作期間對(duì)管件或管件構(gòu)成的立根(stand)進(jìn)行測(cè)量來驗(yàn)證一個(gè)或多個(gè)管件規(guī)格的系統(tǒng)、裝置和方法。

背景技術(shù)：

烴的勘探和生產(chǎn)需要使用也稱為管的許多類型的管件。管件包括但不限于鉆管、套管、管道、立管(riser)和在井結(jié)構(gòu)中使用的其它可螺紋連接的元件。結(jié)合的管件的“鉆柱(strings)”或鉆柱的連接常常用于鉆出井眼，并且關(guān)于套管，防止在鉆井之后井眼的塌陷。這些管件正常地在兩個(gè)或更多個(gè)通常稱為“立根”構(gòu)成的組中組裝，以便豎直地存儲(chǔ)在鉆塔或井架(mast)中。鉆塔或井架可包括通常稱為指板的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。指板典型地包括各自能夠接收多個(gè)“立根”的多個(gè)水平地伸長(zhǎng)的支撐結(jié)構(gòu)或“指狀件”。

旋轉(zhuǎn)鉆井和頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)常常采用這些立根，而不是單個(gè)管件，以通過減少在井眼中或直接在井眼上建立鉆柱所需的連接的量來增加鉆井操作的效率。然而，將管件從水平位置操縱到豎直位置、組裝立根和將立根提供到指板和井中心之間是危險(xiǎn)的并且可能是相當(dāng)無效率的操作。

因?yàn)楣芗赡茉谙嗤木蠌你@柱添加和移除多次，并且因?yàn)槟承┕芗诓煌木幵偈褂?，所以某些管件可能重?fù)地暴露于高應(yīng)力情況，導(dǎo)致比預(yù)期失效更早。管件失效延遲井進(jìn)程并且增加鉆井成本。

在鉆井過程期間，管件依賴于它們?cè)阢@柱內(nèi)的定位而經(jīng)受不同的負(fù)載。當(dāng)在張力下經(jīng)受負(fù)載時(shí)，這些管件關(guān)于所施加的負(fù)載線性地延長(zhǎng)并且當(dāng)移除負(fù)載時(shí)恢復(fù)到它們的初始尺寸。然而，如果管件的彈性極限被超出，則其將不會(huì)返回到其初始尺寸并且造成潛在的失效點(diǎn)。此外，某些管件由于研磨性鉆井流體的流動(dòng)而在內(nèi)部變得磨損。這些磨損點(diǎn)常常從鉆管外部是不可見的，并且也存在潛在的失效點(diǎn)。

為了識(shí)別可能已經(jīng)受到過量應(yīng)力或磨損的管件，通過在井之間的獨(dú)立檢查并且在被引入到鉆井鉆機(jī)之前來驗(yàn)證預(yù)期在鉆機(jī)上再使用的管件。驗(yàn)證要求檢查者手動(dòng)地測(cè)量和記錄管件的尺寸和規(guī)格。

呈現(xiàn)出過量水平的延長(zhǎng)或變形的管件可被認(rèn)為不適合于繼續(xù)使用。然而，因?yàn)楣芗强上牡纳唐凡⑶覙O其昂貴，因此期望盡可能多地利用它們的使用壽命。然而，通過針對(duì)尺寸差異手動(dòng)地測(cè)量每一個(gè)管件來驗(yàn)證的過程可能是耗時(shí)的且乏味的工作。

要求鉆機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)鉆出多個(gè)井的墊塊鉆井(paddrilling)對(duì)確保鉆管的安全且正確的驗(yàn)證提出了另外的挑戰(zhàn)。從鉆機(jī)移除管件以進(jìn)行測(cè)量和質(zhì)量控制所需的時(shí)間可能減慢該過程且降低鉆井操作的效率。

本公開涉及克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷中的一個(gè)或多個(gè)缺陷的系統(tǒng)和方法。

附圖說明

本公開在與附圖一起閱讀時(shí)從以下詳細(xì)說明被最佳地理解。應(yīng)強(qiáng)調(diào)，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種特征未按比例繪制。實(shí)際上，為了論述的清楚，各種特征的尺寸可以被任意地增加或減小。

圖1是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的示例性設(shè)備的示意圖。

圖2是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的示例性設(shè)備的過道(catwalk)部分的示意圖。

圖3是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的示例性排放架裝置設(shè)備的示意圖。

圖4是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的示例性排放架裝置設(shè)備的示意圖。

圖5是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的示例性設(shè)備的框圖。

圖6是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的方法的至少一部分的流程圖。

圖7是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的方法的至少一部分的流程圖。

具體實(shí)施方式

應(yīng)理解，以下公開提供了用于實(shí)現(xiàn)各種實(shí)施例的不同特征的許多不同實(shí)施例或示例。部件和裝置的具體示例在下面進(jìn)行描述，以簡(jiǎn)化本公開。當(dāng)然，這些僅是示例并且不旨在限制。此外，本公開可能在各種示例中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。該重復(fù)是為了簡(jiǎn)單和清楚的目的并且本身不指示所論述的各種實(shí)施例和/或構(gòu)造之間的關(guān)系。而且，在隨后的說明中第一特征在第二特征上方或在第二特征上的形成可包括第一特征和第二特征直接接觸形成的實(shí)施例，且也可包括另外的特征可介于第一特征和第二特征之間形成而使得第一特征和第二特征可以不直接接觸的實(shí)施例。

本文描述的系統(tǒng)、裝置和方法可用于確定管件或管件構(gòu)成的立根的規(guī)格特性，以便更可靠地預(yù)測(cè)管件是否正接近其使用壽命的盡頭。規(guī)格特性涉及使用在鉆井鉆機(jī)系統(tǒng)的一部分上承載的或形成鉆井鉆機(jī)系統(tǒng)的一部分的儀器檢測(cè)或感測(cè)的技術(shù)規(guī)格，比如尤其是管件或立根的長(zhǎng)度和重量。在某些實(shí)施例中，這些技術(shù)規(guī)格可以在管件或立根圍繞鉆井鉆機(jī)系統(tǒng)被操縱時(shí)在運(yùn)行下(on-the-fly)被實(shí)現(xiàn)或測(cè)量。

通過這些規(guī)格，本文公開的系統(tǒng)、裝置和方法通過確定立根是否已經(jīng)超過它們的安全工作負(fù)載和/或它們的彈性極限來驗(yàn)證立根。相應(yīng)地是，系統(tǒng)、裝置和方法可以用于識(shí)別在所施加的負(fù)載期間伸長(zhǎng)超出它們的彈性極限或者以其它方式不再滿足一個(gè)或多個(gè)所要求的規(guī)格的管件。當(dāng)鉆管的彈性極限被超出時(shí)，鉆管不返回到其正常尺寸且具有失效點(diǎn)。識(shí)別已經(jīng)超出其彈性極限或已經(jīng)過量地磨損的鉆管的能力現(xiàn)在可能是在管操作過程期間的連續(xù)過程，以驗(yàn)證鉆管和鉆柱的強(qiáng)度和完整性。在驗(yàn)證期間獲得的信息可以被捕獲和存儲(chǔ)到先前在美國(guó)專利申請(qǐng)14/184,771中描述的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，該美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)峁┯糜诠芗芾淼你@管/管件的識(shí)別。另外，如果管件重量已經(jīng)改變，例如由于管件接頭螺紋的剝落、內(nèi)部磨損或?qū)τ谟绊懫渲亓康墓芗钠渌鼡p壞，這也能夠被識(shí)別。

在某些實(shí)施例中，本文描述的系統(tǒng)、裝置和方法測(cè)量指示管件規(guī)格的參數(shù)，比如，例如，管件的長(zhǎng)度或重量。其也可以通過直接測(cè)量，比如通過使用檢測(cè)管件的重量的傳感器來進(jìn)行這個(gè)測(cè)量；或者可以通過間接測(cè)量，比如通過檢測(cè)管件的端部的位置并且基于距恒定的已知或所計(jì)算的定位的距離計(jì)算長(zhǎng)度來進(jìn)行這個(gè)測(cè)量。

涉及特定管件的規(guī)格特性的所獲得的信息可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中被存儲(chǔ)和進(jìn)行跟蹤并且可以用于形成長(zhǎng)度、重量或其它管件規(guī)格特性的變化的歷史記錄。該信息能夠是在先前使用期間施加到管件的應(yīng)力的指示并且可以用于預(yù)測(cè)或估計(jì)特定管件的剩余使用壽命。在使用壽命被預(yù)測(cè)的情況下，該信息也能夠用于確定管件是否可在鉆柱的高應(yīng)力定位中安全地使用，或者管件是否應(yīng)該被保留用于鉆柱的較低應(yīng)力定位，且最終是，管件是否由于其正接近其使用壽命的盡頭而應(yīng)被丟棄或再循環(huán)。該信息可以作為管的管理計(jì)劃的一部分使用，該管的管理計(jì)劃可用于延長(zhǎng)管件的使用壽命時(shí)間并且可以通過延長(zhǎng)某些鉆井消耗品的壽命來降低成本而不增加昂貴失效的危險(xiǎn)，特別是井下失效的危險(xiǎn)。

圖1-5示出了本公開的系統(tǒng)100，其中圖1-4示出了整體系統(tǒng)的不同方面且圖5示出了識(shí)別系統(tǒng)100的操作系統(tǒng)的示例性元件的框圖。將首先參考圖1描述系統(tǒng)100。在某些示例中，盡管較大和較小的鉆機(jī)被考慮，但是系統(tǒng)100可形成具有約35×35英尺的鉆臺(tái)(drillfloor)尺寸的移動(dòng)式鉆井鉆機(jī)的一部分。在某些實(shí)施例中，鉆機(jī)小于約1600平方英尺。在其它實(shí)施例中，鉆機(jī)小于約1200平方英尺。在某些實(shí)施例中，本文公開的系統(tǒng)100允許在尺寸有限的鉆機(jī)上使用排放架裝置。

在圖1中示出的系統(tǒng)100包括：鉆機(jī)101，該鉆機(jī)101帶有基于鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)；和支撐件102；以及排放架裝置104，排放架裝置104在基于鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)和支撐件102上操作。例如，基于鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)和支撐件102包括例如井架106、指板108、排放架滑架軌道結(jié)構(gòu)110和進(jìn)入鉆井鉆機(jī)101中的v門120。v門120被布置用以接收被引入到鉆機(jī)101中的管件或立根。指板108包括指板框架126，指板框架126支撐和承載指狀件(未示出)，指狀件在其間限定用于接收管件立根的開口。排放架裝置104可以從示出的位置朝向井架106移動(dòng)并且可以使管件在v門120、指板108和井中心116或在鉆機(jī)101周圍布置的其它定位(比如離線鼠孔(mouseholes))之間轉(zhuǎn)移。在該實(shí)施例中，井架106布置在井中心116上方和周圍并且支撐鉆井系統(tǒng)的多個(gè)鉆井部件，此處示出為沿著支撐柱125布置的且可移動(dòng)的頂部驅(qū)動(dòng)器124及其部件。其它鉆井部件也被考慮。還應(yīng)注意，柱排放架可以利用離線停放系統(tǒng)集成在跳水板/指板下方，該離線停放系統(tǒng)如在2014年5月16日提交的題為“parkingsystemforpiperackeronadrillingrig(用于鉆井鉆機(jī)上的管排放架的停放系統(tǒng))”的美國(guó)專利申請(qǐng)14/279,986中進(jìn)行了描述。

仍參考圖1，排放架裝置104包括排放架上驅(qū)動(dòng)滑架140、模塊化排放架升降機(jī)142、下驅(qū)動(dòng)滑架144、上柱驅(qū)動(dòng)器146和排放架支撐柱148。鉆管立根150在圖1中示出并且可以通過基于鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)和支撐件102上的排放架裝置104轉(zhuǎn)移到指板108內(nèi)和指板108外，以及轉(zhuǎn)移到井中心116內(nèi)或井中心116外。

排放架支撐柱148可以由單個(gè)梁或結(jié)合在一起的多個(gè)梁形成。在某些實(shí)施例中，排放架支撐柱148是結(jié)構(gòu)支撐件，柱驅(qū)動(dòng)器146可以沿著該結(jié)構(gòu)支撐件在輥?zhàn)?、滑?dòng)墊或其它元件上向上或向下移動(dòng)。

在某些示例性實(shí)施例中，上驅(qū)動(dòng)滑架140被構(gòu)造用以使排放架支撐柱148的上部沿著排放架滑架軌道結(jié)構(gòu)110移動(dòng)。上驅(qū)動(dòng)滑架140可包括輥?zhàn)?、滑?dòng)墊或便于其在井架106下方在v門120和井中心116之間與排放架裝置104一起移動(dòng)的其它結(jié)構(gòu)，所述其它結(jié)構(gòu)是排放架裝置104的一部分。在某些實(shí)施例中，上驅(qū)動(dòng)滑架140是驅(qū)動(dòng)排放架裝置104沿著被形成以容納排放架裝置104的通道穿過指板108的鏈條結(jié)構(gòu)的一部分。此外，上驅(qū)動(dòng)滑架140可以與排放架升降機(jī)142協(xié)作或可包括排放架升降機(jī)142并且可以構(gòu)造用以操作排放架升降機(jī)142，以沿著排放架支撐柱148升高和降低上柱驅(qū)動(dòng)器146。也就是說，排放架升降機(jī)142可以與上驅(qū)動(dòng)滑架140操作接合并且可以被上驅(qū)動(dòng)滑架140驅(qū)動(dòng)。其在豎直方向上沿著排放架支撐柱148向上或向下移動(dòng)上柱驅(qū)動(dòng)器146。

下驅(qū)動(dòng)滑架144和上柱驅(qū)動(dòng)器146協(xié)作，以操縱管件和/或立根。在該實(shí)施例中，下驅(qū)動(dòng)滑架144包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)允許下驅(qū)動(dòng)滑架144沿著鉆臺(tái)位移。在某些實(shí)施例中，這沿著導(dǎo)軌、軌道或其它限定路徑發(fā)生。上柱驅(qū)動(dòng)器146和下驅(qū)動(dòng)滑架144分別包括排放架臂，此處稱為下管件對(duì)接元件154和上管件對(duì)接元件156。每一個(gè)包括操縱臂158和夾緊頭160。夾緊頭160可以被設(shè)定尺寸和成形，用以打開和關(guān)閉，以抓住或保持管材，比如管件或立根。操縱臂158可以朝向和離開排放架支撐柱148移動(dòng)夾緊頭160。這些上管件對(duì)接元件156和下管件對(duì)接元件154被構(gòu)造成伸出，以將鉆管立根插入指板108中或?qū)@管立根從指板108移除。也就是說，上管件對(duì)接元件156和下管件對(duì)接元件154從排放架支撐柱148向外延伸，以?shī)A持到在指板108中的鉆管立根上或以其它方式固定在指板108中的鉆管立根或者將鉆管立根放置在指板中。此外，上管件對(duì)接元件156和下管件對(duì)接元件154被構(gòu)造成伸出，以接收通過v門120被引入到鉆機(jī)的管件并且將管件或立根從v門120或指板108運(yùn)載到井中心116，以用于切換(hand-off)到鉆井元件，比如頂部驅(qū)動(dòng)器124。如上面表示的那樣，柱驅(qū)動(dòng)器146可以沿著排放架支撐柱148向上和向下豎直地移動(dòng)。在某些方面，其由升降機(jī)142操作。

鉆機(jī)控制系統(tǒng)161控制排放架裝置104及其它鉆機(jī)部件，同時(shí)還與圍繞鉆機(jī)101布置的傳感器通信。鉆機(jī)控制系統(tǒng)161可以評(píng)估來自傳感器的數(shù)據(jù)，評(píng)估各個(gè)單獨(dú)管件或立根的磨損狀態(tài)，并且可以提出關(guān)于管件的驗(yàn)證的建議，以用于作為鉆井操作的一部分的特定應(yīng)用。在某些實(shí)施例中，鉆機(jī)控制系統(tǒng)161可以布置在鉆機(jī)101上，比如在鉆工的機(jī)艙中，可以布置在離開鉆機(jī)101的控制卡車中，或者可以布置在鉆井現(xiàn)場(chǎng)周圍的別的地方。在某些實(shí)施例中，鉆機(jī)控制系統(tǒng)161遠(yuǎn)離鉆現(xiàn)場(chǎng)布置，比如在遠(yuǎn)離鉆井現(xiàn)場(chǎng)的中心鉆井監(jiān)視設(shè)施中。

過道162形成鉆機(jī)系統(tǒng)100的一部分并且可以直接附接到鉆機(jī)101或鄰近鉆井鉆機(jī)101布置。過道162允許將鉆井裝備且特別是管件或立根引入到鉆井鉆機(jī)101的v門120。在某些實(shí)施例中，過道162是簡(jiǎn)單的實(shí)體坡道，管件可以沿著該坡道被推動(dòng)或拉動(dòng)，直到管件能夠被排放架裝置104的上管件對(duì)接元件106抓住或固定為止。在其它實(shí)施例中，過道162形成有輸送機(jī)結(jié)構(gòu)，比如皮帶驅(qū)動(dòng)輸送機(jī)，其幫助朝向或離開鉆井鉆機(jī)推進(jìn)管件。其它實(shí)施例包括摩擦減少元件，比如輥?zhàn)?、軸承或使管件能夠沿著過道朝向或離開v門120推進(jìn)的其它結(jié)構(gòu)。應(yīng)注意，在陸上鉆機(jī)利用過道的情況下，海上鉆機(jī)利用輸送機(jī)將管件從管甲板運(yùn)輸?shù)姐@臺(tái)。因此，應(yīng)理解，如所描述的用于陸上鉆機(jī)的發(fā)明也能夠用于海上鉆機(jī)。

該實(shí)施例還包括圍繞鉆井鉆機(jī)結(jié)構(gòu)布置的感測(cè)裝置170(圖5)，該感測(cè)裝置170檢測(cè)管件或立根的方面。這些所感測(cè)的方面代表可以用于確定管件的規(guī)格特性的信息，比如例如可用于驗(yàn)證管件的技術(shù)規(guī)格的長(zhǎng)度和重量。在本文描述的實(shí)施例中，感測(cè)裝置170包括長(zhǎng)度感測(cè)裝置和重量感測(cè)裝置。例如，長(zhǎng)度感測(cè)裝置可用于檢查或確認(rèn)管件的總長(zhǎng)度、基于工具接頭定位來檢查或確認(rèn)管件的有效長(zhǎng)度和/或螺紋銷連接器的長(zhǎng)度。如本文所使用的，管件的總長(zhǎng)度是從管件的一端到另一端的長(zhǎng)度。管件的有效長(zhǎng)度是不帶螺紋銷連接器長(zhǎng)度的管件的長(zhǎng)度。相應(yīng)地，有效長(zhǎng)度和螺紋銷連接器長(zhǎng)度的總和長(zhǎng)度等于總長(zhǎng)度。重量感測(cè)裝置可以用于檢查或確認(rèn)管件的重量。

感測(cè)裝置170被內(nèi)置在上述和圖1中示出的結(jié)構(gòu)中或添加在該結(jié)構(gòu)上，并且在至少某些實(shí)施例中，被構(gòu)造用以檢測(cè)或感測(cè)運(yùn)行下的管件的方面。因此，系統(tǒng)可以在將管件引入到鉆機(jī)101、提升管件、操縱管件或采取其它動(dòng)作的操作的正常過程中檢測(cè)管件的方面。如本文使用的，檢測(cè)運(yùn)行時(shí)的測(cè)量包含以下情形，其中諸如排放架裝置104的元件暫停一時(shí)刻，以允許檢測(cè)在相對(duì)靜態(tài)狀況下發(fā)生，從而改善精度。檢測(cè)運(yùn)行時(shí)的方面還包括檢測(cè)或計(jì)算測(cè)量，比如例如管件在運(yùn)動(dòng)中的情況下實(shí)時(shí)在管件的端部之間的距離。例如，這可以通過在操縱過程期間計(jì)算停止板之間的距離來實(shí)現(xiàn)，甚至當(dāng)排放架裝置104承載管件時(shí)，停止板可以形成排放架裝置104的一部分。

感測(cè)裝置170包括可以由變換器、編碼器或其它元件形成的一個(gè)或多個(gè)傳感器，其能夠輸出代表管件的方面的信號(hào)，比如定位、位置或可測(cè)量規(guī)格，比如管件或管件的一部分的長(zhǎng)度或重量。

圖2更詳細(xì)地顯示了過道162并且過道162承載了示例性管件。過道包括主體180、滑座(skate)182、動(dòng)力系統(tǒng)184和構(gòu)成感測(cè)裝置170的多個(gè)傳感器。主體180被構(gòu)造用以當(dāng)管件被從較低海拔(比如地平面位置或海平面位置)推進(jìn)到較高海拔(比如鉆井鉆機(jī)101的v門120)時(shí)承載或支撐管件。主體180還在管件從鉆機(jī)移動(dòng)到較低海拔時(shí)支撐管件。自然地，依賴于需要，過道可以用于在管件或管件構(gòu)成的立根沿著主體180輸送到與海拔無關(guān)的任何期望定位時(shí)支撐管件或管件構(gòu)成的立根。主體180包括上表面189，該上表面189布置成直接地接觸或承載管件。在圖2中，示例性管件由附圖標(biāo)記186參照。依賴于實(shí)施例，支撐管件186的上表面189可以被固定到位，或者可以在過道162的縱向方向上移動(dòng)。例如，當(dāng)上表面189被固定時(shí)，管件186隨著其沿著過道162移動(dòng)而沿著該表面滑動(dòng)。當(dāng)上表面189移動(dòng)時(shí)，管件可以由輸送機(jī)(比如皮帶、軌道或鏈條)承載，并且上表面189可以由輸送機(jī)(比如皮帶、軌道或鏈條)形成，該輸送機(jī)(比如皮帶、軌道或鏈條)可以沿著過道162的長(zhǎng)度輸送管件186。某些實(shí)施例具有處在上表面189中的溝槽、凹陷或通道，在管件186沿著過道162朝向或離開鉆井鉆機(jī)101的v門120前進(jìn)時(shí)，該溝槽、凹陷或通道可以引導(dǎo)管件186。

滑座182連接到動(dòng)力系統(tǒng)184并且由動(dòng)力系統(tǒng)184驅(qū)動(dòng)?；?82在縱向方向上沿著上表面189移動(dòng)并且提供使管件186沿著過道162前進(jìn)或當(dāng)管件沿著輸送機(jī)向上移動(dòng)時(shí)支撐管件186所需的力。相應(yīng)地，在使用中，管件186抵靠滑座182并且當(dāng)管件沿著過道162縱向地前進(jìn)時(shí)由滑座182移動(dòng)。相應(yīng)地，滑座182是當(dāng)管件在向上或向下方向上沿著過道162移動(dòng)時(shí)用于管件186的某些重量的支撐并且承載管件186的某些重量。動(dòng)力系統(tǒng)184可以是驅(qū)動(dòng)鏈條、皮帶或其它系統(tǒng)以驅(qū)動(dòng)滑座182的馬達(dá)。

構(gòu)成過道186上的感測(cè)裝置170的多個(gè)傳感器布置用以通過檢測(cè)管件端部的定位并且檢測(cè)工具接頭肩部的定位來檢測(cè)或感測(cè)管件186的位置。如下面進(jìn)一步描述的，這些傳感器與被構(gòu)造用以基于所感測(cè)的信息計(jì)算與管件184有關(guān)的長(zhǎng)度或其它信息的管驗(yàn)證系統(tǒng)通信。為了便于參考和理解，圖2中的管件186包括底端190、頂端192、頂端工具接頭肩部193、主體194、螺紋銷連接器196和在螺紋銷連接器196和主體194之間的工具接頭肩部198。管件186包括總長(zhǎng)度l1、有效長(zhǎng)度l2和螺紋銷連接器長(zhǎng)度l3。工具接頭包括在上盒連接(陰型連接)上的頂端工具接頭肩部193和銷連接器(陽(yáng)型連接)的下工具接頭肩部198兩者。

仍參考圖2，構(gòu)成感測(cè)裝置170的傳感器包括底端傳感器200、頂端傳感器202、工具接頭傳感器204和重量傳感器206。底端傳感器200被布置和構(gòu)造用以當(dāng)管件186沿著過道162移動(dòng)并且穿過v門120時(shí)識(shí)別管件186的方面(在該情形中是管件186的底端190)。在某些實(shí)施例中，底端傳感器200通過檢測(cè)或識(shí)別底端190的實(shí)際定位來進(jìn)行這個(gè)工作。在其它實(shí)施例中，底端傳感器200通過檢測(cè)或識(shí)別滑座182的位置來進(jìn)行這個(gè)工作，滑座182抵靠且提供管件186的底端190的已知定位。在某些實(shí)施例中，底端傳感器200是布置用以檢測(cè)底端190的定位的存在或滑座182的定位的存在的一系列傳感器，其中從滑座182到底端190的距離也是已知的。在其它實(shí)施例中，底端傳感器200是編碼器，比如基于在滑座182或其它移動(dòng)元件上承載或者沿著過道162的長(zhǎng)度布置的標(biāo)度(scale)檢測(cè)位置的線性編碼器。在某些實(shí)施例中，底端傳感器200是當(dāng)管件186的底端190經(jīng)過時(shí)發(fā)信號(hào)的接近傳感器。在又一實(shí)施例中，底端傳感器200是因?yàn)樨?fù)載改變而識(shí)別管件186的底端190的定位的負(fù)載單元(loadcell)。能夠在管件186沿著過道162前進(jìn)或布置在過道162上時(shí)識(shí)別管件186的底端190的其它感測(cè)裝置也被考慮。在某些實(shí)施例中，底端傳感器200是其中滑座182被停止在或經(jīng)過指示管件186的底端190的已知位置的底端傳感器。

頂端傳感器202被布置和構(gòu)造用以當(dāng)管件186沿著過道162移動(dòng)并經(jīng)過v門120時(shí)識(shí)別管件186的方面(在此情形中是管件186的頂端192)。在某些實(shí)施例中，頂端傳感器202通過檢測(cè)或識(shí)別頂端192的實(shí)際定位來進(jìn)行這個(gè)工作。在其它實(shí)施例中，頂端傳感器202通過檢測(cè)或識(shí)別與頂端192相關(guān)聯(lián)的參考元件的位置或距頂端192的已知距離來進(jìn)行這個(gè)工作。在某些實(shí)施例中，頂端傳感器202是布置用以檢測(cè)頂端192的定位的存在的一系列傳感器。在某些實(shí)施例中，頂端傳感器202是當(dāng)管件186的頂端192經(jīng)過時(shí)發(fā)信號(hào)的接近傳感器。在又一實(shí)施例中，頂端傳感器202是因?yàn)樨?fù)載改變而識(shí)別管件186的頂端192的定位的負(fù)載單元。能夠在管件186沿著過道162前進(jìn)或布置在過道162上時(shí)識(shí)別管件186的頂端192的其它感測(cè)裝置也被考慮。在某些實(shí)施例中，頂端傳感器202是其中頂端192被停止在或經(jīng)過已知位置(比如過道162的端部)的頂端傳感器。

工具接頭傳感器204被布置和構(gòu)造用以識(shí)別管件的方面(在此情形中是管件186的工具接頭肩部198)，以直接地或間接地確定螺紋銷連接器長(zhǎng)度l3。工具接頭傳感器204可以通過當(dāng)管件186沿著過道162移動(dòng)時(shí)感測(cè)管件186的工具接頭肩部198的位置來進(jìn)行這個(gè)工作。依賴于實(shí)施例，工具接頭傳感器204可以布置在主體180、滑座182或者在過道162上的別的地方。在圖2中，工具接頭傳感器204被承載在滑座182上。在該實(shí)施例中，滑座182可以構(gòu)造用以接收管件186的螺紋銷連接器196的全部或一部分，并且工具接頭傳感器204可以沿著螺紋銷連接器196布置，以直接地或間接地識(shí)別工具接頭肩部198的定位。當(dāng)布置在主體180上時(shí)，工具接頭傳感器204可以檢測(cè)或識(shí)別工具接頭肩部198的實(shí)際定位。在其它實(shí)施例中，工具接頭傳感器204通過檢測(cè)或識(shí)別與工具接頭肩部198相關(guān)聯(lián)的參考元件的位置或距工具接頭肩部198的已知距離來進(jìn)行這個(gè)工作。

重量傳感器206被布置和構(gòu)造用以感測(cè)或測(cè)量過道162上的管件186的重量方面。這提供了涉及磨損、管件厚度和管件強(qiáng)度的信息。因此，通過暴露于研磨性材料而磨損的管件可以通過它們的質(zhì)量的損失而被識(shí)別，并且可能需要用具有較長(zhǎng)的剩余使用壽命的管件來替換。

底端傳感器200、頂端傳感器202、工具接頭傳感器204和重量傳感器206全都與在本文稱為管件驗(yàn)證系統(tǒng)的控制系統(tǒng)通信，該管件驗(yàn)證系統(tǒng)將在下面參考圖5進(jìn)行論述?？刂葡到y(tǒng)可以獲得由構(gòu)成感測(cè)裝置170的多個(gè)傳感器提供的信息并且計(jì)算總長(zhǎng)度l1、有效長(zhǎng)度l2、螺紋銷連接器長(zhǎng)度l3和管件重量中的一個(gè)或多個(gè)。控制系統(tǒng)可以然后將此與所存儲(chǔ)的值比較，以確定長(zhǎng)度或重量中的任何一個(gè)是否在可接受范圍外。

圖3示出了從過道162接受管件186的排放架裝置104的一部分。此處，排放架裝置104包括頂端傳感器210。在該示例中，頂端傳感器210布置在上柱驅(qū)動(dòng)器146的夾緊頭160上。頂端傳感器可以類似于上面論述的類型的傳感器或是上面論述的相同類型的傳感器并且可以構(gòu)造用以檢測(cè)管件186的頂端的位置。在某些實(shí)施例中，頂端傳感器210是一種傳感器，比如布置在夾緊頭160和操縱臂158之間的以及操縱臂158和上柱驅(qū)動(dòng)器146的主體部分之間的接頭處的一個(gè)或多個(gè)編碼器，以及構(gòu)造用以確定上柱驅(qū)動(dòng)器146的高度的傳感器。利用來自這些傳感器的信息，夾緊頭160的定位可以被確定，并且同樣地是，管件186的頂端的定位可以被確定。如上面描述的，頂端傳感器210可以是當(dāng)管件186被承載在夾緊頭160中時(shí)識(shí)別管件186的頂端被定位的地方的接近傳感器。某些實(shí)施例包括作為多個(gè)編碼器的一部分的頂端傳感器210，如上面提到的，所述多個(gè)編碼器指示排放架裝置的不同元件的位置，比如上柱驅(qū)動(dòng)器146、操縱臂158和夾緊頭160的位置。

相應(yīng)地，在圖3中示出的示例性實(shí)施例中，排放架裝置104的頂端傳感器210與過道162的底端傳感器200和工具接頭傳感器204協(xié)作。這些提供計(jì)算總長(zhǎng)度l1、有效長(zhǎng)度l2和螺紋銷連接器長(zhǎng)度l3中的一個(gè)或多個(gè)所需的信息?？刂葡到y(tǒng)可以然后將此與所存儲(chǔ)的值比較，以確定長(zhǎng)度中的任何一個(gè)是否在可接受范圍外。

圖4示出了承載管件186的管排放架裝置104。盡管將參考管件描述圖4，但是應(yīng)該明顯的是，系統(tǒng)將也同樣對(duì)管件構(gòu)成的立根起作用，以檢測(cè)長(zhǎng)度或重量。在圖4中，構(gòu)成感測(cè)裝置的多個(gè)傳感器包括一個(gè)或多個(gè)頂端傳感器210、升降機(jī)傳感器212、底端傳感器214、和工具接頭傳感器216、以及重量傳感器218。

在圖4中，排放架裝置104布置用以當(dāng)管件或立根直立或豎直時(shí)進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)量。在脫扣(tripping)和套管(casing)操作期間，從井眼移除的立根或管件能夠通過將立根固定在鉆管的肩部下方并且將立根放置在鉆臺(tái)上來驗(yàn)證。利用在排放架升降機(jī)142上的升降機(jī)傳感器212和/或頂端傳感器210，系統(tǒng)被構(gòu)造用以感測(cè)管件的方面，比如夾緊頭160的高度，且因此管件或立根的頂端192的高度。例如，排放架裝置104可以布置用以將管件186或立根的底端190放置在鉆井鉆機(jī)101的底板上并且然后直接地或基于上柱驅(qū)動(dòng)器146、操縱臂158和/或夾緊頭160的所檢測(cè)的位置檢測(cè)或感測(cè)頂端192的定位。利用由傳感器檢測(cè)或感測(cè)的底端190的定位或者簡(jiǎn)單地通過與已知定位(像鉆臺(tái)上的停止板)接觸，管件186的高度能夠被確定。

在此情形中，頂端傳感器210可以如上面描述的，帶有一個(gè)或一系列傳感器，比如通過檢測(cè)上柱驅(qū)動(dòng)器146、操縱臂158和夾緊頭160的位置來檢測(cè)夾緊頭160的位置的旋轉(zhuǎn)編碼器。夾緊頭160的位置和管件的頂端可以然后從這些輸入來計(jì)算。其它裝置也被考慮。

依賴于實(shí)施例，在排放架裝置上的底端傳感器214可以用于感測(cè)管件的方面，作為管件182的底端190的定位。如上面提到的，盡管某些實(shí)施例利用已知的位置定位，比如停止板，但是其它實(shí)施例利用傳感器確定或識(shí)別底端190的定位。在一個(gè)示例中，底端傳感器214用于確認(rèn)管件與被排放架裝置104承載或支撐的管件接觸。例如，負(fù)載傳感器可以用于確定管件底端190擱置在鉆機(jī)101上的底板上。

工具接頭傳感器216沿著鉆臺(tái)或沿著下驅(qū)動(dòng)滑架144的夾緊頭160布置。因此，在管件186正被承載時(shí)或在管件是靜止的時(shí)，傳感器216可以感測(cè)管件的方面，比如管件的底端190，并且檢測(cè)工具接頭肩部的定位，如本文參考其它工具接頭傳感器描述的。

圖4示出了布置在夾緊頭160上的重量傳感器218。重量傳感器218構(gòu)造用以測(cè)量或檢測(cè)管件構(gòu)成的立根的管件186的重量方面。如上面所示的，這提供涉及磨損、管件厚度和管件強(qiáng)度的信息。因此，通過暴露于研磨性材料而磨損的管件可以通過它們的質(zhì)量的損失來識(shí)別，并且可以用具有較長(zhǎng)的剩余使用壽命的管件替換。在示出的實(shí)施例中，重量傳感器218構(gòu)造用以當(dāng)管件從夾緊頭160懸掛時(shí)檢測(cè)管件重量。然而，其它裝置也被考慮。在可替代的示例中，重量傳感器218布置在鉆臺(tái)上或地秤(floorscale)上并且排放架裝置104可以將管件186臨時(shí)放置在秤上或重量傳感器218上。用于測(cè)量管件的重量的其它裝置也被考慮。

圖5是示出系統(tǒng)100的某些元件的框圖，系統(tǒng)100包括鉆機(jī)控制系統(tǒng)161、排放架裝置104和過道162。在該實(shí)施例中，鉆機(jī)控制系統(tǒng)161控制排放架裝置和過道162，并且還在管件和立根被裝載或引入到鉆井鉆機(jī)101時(shí)或者在它們圍繞鉆機(jī)101操縱時(shí)一次一個(gè)地驗(yàn)證管件和立根的規(guī)格。盡管在上面參考系統(tǒng)100進(jìn)行了描述，但是鉆機(jī)控制系統(tǒng)161可以與同本文的段落中描述的那些相比具有不同設(shè)置和部件裝置的其它鉆機(jī)系統(tǒng)一起操作。

鉆機(jī)控制系統(tǒng)161包括管件驗(yàn)證系統(tǒng)242，管件驗(yàn)證系統(tǒng)242構(gòu)造用以監(jiān)視和跟蹤各個(gè)單獨(dú)管件和立根的規(guī)格、標(biāo)準(zhǔn)、磨損和狀況。鉆機(jī)控制系統(tǒng)161可以跟蹤和存儲(chǔ)可以用于確定管件的規(guī)格特性、比如例如可用于驗(yàn)證管件的技術(shù)規(guī)格的長(zhǎng)度和重量的信息。例如，這些規(guī)格特性可以包括有效長(zhǎng)度、總長(zhǎng)度、螺紋銷連接器長(zhǎng)度、和重量。鉆機(jī)控制系統(tǒng)161也可以跟蹤和存儲(chǔ)涉及在先使用、在先施加應(yīng)力、在鉆柱內(nèi)的在先定位的信息，以及涉及管件或立根上的磨損的其它信息。利用該信息，管件驗(yàn)證系統(tǒng)242評(píng)估管件并且確定管件是否滿足繼續(xù)使用或管件是否以某些方式受損(compromised)且必須被進(jìn)一步檢查或丟棄。在某些實(shí)施例中，該信息還可以被提供給管件管理系統(tǒng)和更大的資產(chǎn)管理系統(tǒng)，該更大的資產(chǎn)管理系統(tǒng)可以基于特定管件或立根的剩余強(qiáng)度和耐久性分派鉆柱內(nèi)管件的定位和/或指板內(nèi)的定位。與可以結(jié)合管件驗(yàn)證系統(tǒng)使用的示例性管件管理系統(tǒng)和示例性資產(chǎn)管理系統(tǒng)有關(guān)的另外的信息可以在2014年2月20日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)no.14/184,771中發(fā)現(xiàn)。在某些實(shí)施例中，管件驗(yàn)證系統(tǒng)形成管件管理系統(tǒng)或資產(chǎn)管理系統(tǒng)的一部分。

管件驗(yàn)證系統(tǒng)242包括存儲(chǔ)器244、處理器246和操作者界面248。處理器246可以是帶有能夠執(zhí)行邏輯功能的功率、輸入和輸出引腳的集成電路，或者可以是控制執(zhí)行不同功能的不同部件的控制器。處理器246可以是本領(lǐng)域中已知的任何處理器并且可以包括多個(gè)處理器并且可以是由本領(lǐng)域中已知的其它類型的控制器的一部分或者可由本領(lǐng)域中已知的其它類型的控制器形成。

存儲(chǔ)器244可以是與處理器246對(duì)接的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器或者能夠存儲(chǔ)由處理器246存取的信息或指令的任何其它存儲(chǔ)器。在一個(gè)示例中，處理器246能夠向存儲(chǔ)器244寫入和從存儲(chǔ)器244讀取。例如，處理器246能夠構(gòu)造用以讀取涉及系統(tǒng)操作的數(shù)據(jù)且將該數(shù)據(jù)向存儲(chǔ)器244寫入。處理器246還能夠執(zhí)行其它存儲(chǔ)器功能，比如擦除或重寫存儲(chǔ)器244、檢測(cè)存儲(chǔ)器244何時(shí)寫滿，以及與管理半導(dǎo)體存儲(chǔ)器相關(guān)聯(lián)的其它公共功能。在某些方面，存儲(chǔ)器244包括用于創(chuàng)建存儲(chǔ)管件立根和/或管件立根的構(gòu)成或分解的管件管理計(jì)劃的可執(zhí)行程序、數(shù)據(jù)、過程和指令。存儲(chǔ)器244還可包括用于對(duì)從圍繞鉆機(jī)布置的傳感器接收的數(shù)據(jù)作用以驗(yàn)證管件或立根并且確定如由長(zhǎng)度或重量的變化確定的先前施加在管件或立根上的磨損或應(yīng)力的量的可執(zhí)行程序、數(shù)據(jù)、過程和指令。在某些實(shí)施例中，存儲(chǔ)器244包含存儲(chǔ)與系統(tǒng)操作、部件數(shù)據(jù)或其它信息有關(guān)的信息的局部存儲(chǔ)器和更大的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)器。

操作者界面248允許操作者輸入和接收與管件規(guī)格、標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)定有關(guān)的信息、或可能是有用的或應(yīng)該由管件驗(yàn)證系統(tǒng)242考慮的其它信息。這可以包括本領(lǐng)域中已知的任何輸入裝置和任何輸出裝置，尤其是包括鍵盤、鼠標(biāo)、旋鈕、開關(guān)和顯示屏幕。

管件驗(yàn)證系統(tǒng)242可以靠近或遠(yuǎn)離鉆機(jī)控制系統(tǒng)161的其它元件布置。在某些實(shí)施例中，管件驗(yàn)證系統(tǒng)242與鉆機(jī)控制系統(tǒng)的其余部分共享公共的存儲(chǔ)器和處理器，使得管件驗(yàn)證系統(tǒng)242和鉆機(jī)操作系統(tǒng)兩者都是在相同的服務(wù)器或計(jì)算機(jī)上操作的過程。在其它實(shí)施例中，管件驗(yàn)證系統(tǒng)242遠(yuǎn)離鉆機(jī)控制系統(tǒng)161的其它方面定位并且它們可以使用任何網(wǎng)絡(luò)媒介通信。

在某些實(shí)施例中，管件驗(yàn)證系統(tǒng)242接收和存儲(chǔ)來自構(gòu)成圍繞鉆機(jī)101布置(包括在排放架裝置104和過道162上)的感測(cè)裝置170的傳感器的信息或數(shù)據(jù)。管件驗(yàn)證系統(tǒng)242還可以接收和存儲(chǔ)與以下有關(guān)的信息：特定管件的在先測(cè)量；針對(duì)管件的具體尺寸、類型或等級(jí)來說是新的管件的規(guī)格；指示管件可能不適合于在鉆柱的特定定位中使用或可能不適合于在鉆柱內(nèi)的任何地方進(jìn)一步使用的磨損或變形極限或閾值。利用該信息，管件驗(yàn)證系統(tǒng)242可能夠接受或拒絕具體管件，并且也可能夠提供指示特定管件或立根的使用壽命的估計(jì)。例如，存儲(chǔ)在管件驗(yàn)證系統(tǒng)242中的信息可以包括與具體管件有關(guān)的磨損數(shù)據(jù)和所施加應(yīng)力數(shù)據(jù)?；谠撔畔ⅲ芗?yàn)證系統(tǒng)242可以起作用，以用于通過將具體管件分派到與在鉆柱中的其它定位相比具有較低應(yīng)力或磨損的鉆柱中的定位來降低具體管件上的應(yīng)力的量。

鉆機(jī)控制系統(tǒng)161與鉆機(jī)系統(tǒng)100上的排放架裝置104和/或其它部件通信，以執(zhí)行排放計(jì)劃。鉆機(jī)控制系統(tǒng)161可以傳送信號(hào)、指令或其它信息，以便以執(zhí)行排放計(jì)劃的方式操作排放架裝置104。在某些實(shí)施例中，鉆機(jī)控制系統(tǒng)161向排放架升降機(jī)142、操縱臂和夾緊頭154、156、上驅(qū)動(dòng)滑架140、下驅(qū)動(dòng)滑架144和上柱驅(qū)動(dòng)器146發(fā)送信號(hào)或控制信號(hào)。在鉆機(jī)控制系統(tǒng)161的控制下，排放架裝置104可以操作，以執(zhí)行鉆井計(jì)劃，可以與過道162一起協(xié)作，以將管件接收到鉆井鉆機(jī)101上或者從鉆井鉆機(jī)移除管件，圍繞鉆機(jī)101操縱或移動(dòng)管件或立根，包括構(gòu)成立根、分解立根、將管件或立根引入到井中心或者從井中心移除管件或立根。值得注意的是，某些示例性實(shí)施例具有與鉆機(jī)控制系統(tǒng)161協(xié)作、形成鉆機(jī)控制系統(tǒng)161的一部分、鉆機(jī)控制系統(tǒng)161的或包括鉆機(jī)控制系統(tǒng)161的集成式鉆機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以利用井計(jì)劃輸入并且可以控制鉆機(jī)的部件，比如頂部驅(qū)動(dòng)器、泥漿泵、絞車、鉆井工、液壓提升機(jī)、滑臺(tái)、固體控制件、動(dòng)力系統(tǒng)、防碰撞和輔助功能。鉆機(jī)控制系統(tǒng)和鉆機(jī)控制系統(tǒng)的集成或協(xié)作可以導(dǎo)致具有自主控制能力的全自動(dòng)鉆機(jī)。在某些方面，該自動(dòng)鉆機(jī)將不需要除具體設(shè)定之外的鉆工輸入并且將允許鉆工轉(zhuǎn)變到看管位置，從而確保鉆機(jī)和控件根據(jù)規(guī)定的井計(jì)劃起作用。

管件驗(yàn)證系統(tǒng)242還與頂端傳感器210、升降機(jī)傳感器212、底端傳感器214、工具接頭傳感器216和重量傳感器218通信并且接收來自頂端傳感器210、升降機(jī)傳感器212、底端傳感器214、工具接頭傳感器216和重量傳感器218的信息。利用來自這些傳感器的信息，管件驗(yàn)證系統(tǒng)可以確定管件的當(dāng)前有效長(zhǎng)度、管件的總長(zhǎng)度、螺紋銷連接器長(zhǎng)度和管件的當(dāng)前重量。該信息可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器244內(nèi)的在先信息比較，以確定長(zhǎng)度或重量的變化并且提供與管件或立根的剩余使用壽命有關(guān)的信息。

鉆機(jī)控制系統(tǒng)161還與鉆機(jī)系統(tǒng)100的過道162通信。鉆機(jī)控制系統(tǒng)161可以傳送信號(hào)、指令或其它信息，以便以期望的方式操作過道162來將管件或立根引入鉆機(jī)101或從鉆機(jī)101移除管件或立根。在某些實(shí)施例中，鉆機(jī)控制系統(tǒng)161向動(dòng)力系統(tǒng)184發(fā)送信號(hào)或控制信號(hào)，該動(dòng)力系統(tǒng)184可以驅(qū)動(dòng)滑座182(圖2)，以使滑座沿著過道162的主體180移動(dòng)，以將管件或立根移動(dòng)到鉆機(jī)上或者將管件或立根從鉆機(jī)帶走。過道162的其它特征也可以通過鉆機(jī)控制系統(tǒng)被控制，包括諸如提升機(jī)、沖頭(ram)、致動(dòng)器、裝載器的特征以及過道162的其它特征。

管件驗(yàn)證系統(tǒng)242還與頂端傳感器200、底端傳感器202和工具接頭傳感器204通信并且接收來自頂端傳感器200、底端傳感器202和工具接頭傳感器204的信息。利用來自這些傳感器的信息，管件驗(yàn)證系統(tǒng)可以確定管件的當(dāng)前有效長(zhǎng)度、管件的總長(zhǎng)度、螺紋銷連接器長(zhǎng)度和管件的當(dāng)前重量。該信息可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器244內(nèi)的在先信息比較，以確定長(zhǎng)度或重量的變化并且提供與管件或立根的剩余使用壽命有關(guān)的信息。

盡管作為管件驗(yàn)證系統(tǒng)的一部分示出，但是應(yīng)注意，許多實(shí)施例具有在圍繞鉆井鉆機(jī)或在其它定位布置的中間控制器處執(zhí)行的長(zhǎng)度和寬度的總和與計(jì)算。

圖6是示出了用于驗(yàn)證在鉆井操作中使用的管件的示例性方法的流程圖。方法可以例如通過包括管件驗(yàn)證系統(tǒng)242的鉆機(jī)控制系統(tǒng)161執(zhí)行。方法在302處以管件驗(yàn)證系統(tǒng)接收規(guī)格閾值開始。規(guī)格閾值是指示管件不再適合于繼續(xù)使用的管件的極限。在該實(shí)施例中，規(guī)格極限中的至少一些對(duì)應(yīng)于本文論述的信息，包括有效長(zhǎng)度、總長(zhǎng)度、螺紋銷連接器長(zhǎng)度和管件重量。然而，也可以使用其它規(guī)格閾值，包括與誘導(dǎo)應(yīng)力、所使用的次數(shù)、在鉆柱內(nèi)的使用定位有關(guān)的信息及其它信息。該規(guī)格信息可以基于所使用的管件的類型來選擇，比如管件模型，或者可以基于管件的歷史或其它因素使具體管件個(gè)別化。

在304處，鉆機(jī)控制系統(tǒng)控制過道162，以將管件引入到鉆井鉆機(jī)。這包括將管件接收到過道162上和控制動(dòng)力系統(tǒng)184朝向鉆機(jī)推進(jìn)管件。這樣，滑座182朝向管件前進(jìn)，直到其接合管件的底端190為止。

在306處，管件驗(yàn)證系統(tǒng)控制傳感器檢測(cè)與過道上的管件有關(guān)的信息或方面。這可包括激活底端傳感器200、頂端傳感器202、工具接頭傳感器204和重量傳感器206。底端傳感器200可以通過檢測(cè)底端190的實(shí)際定位來直接檢測(cè)底端190的位置，或者可以通過檢測(cè)參考的位置(比如滑座182的位置)來間接地檢測(cè)底端190的位置。在滑座182的位置和尺寸已知的情況下，管件的底端190能夠被容易地計(jì)算。相應(yīng)地，甚至在這樣的實(shí)施例中，管件186的底端190被有效地檢測(cè)。值得注意的是，在所有實(shí)施例中且利用本文論述的所有傳感器，它們可以布置成：如果管件的定位或位置基于所檢測(cè)的信息被計(jì)算，則間接地檢測(cè)管件的位置。在一個(gè)實(shí)施例中，單個(gè)傳感器通過確定當(dāng)管件的相關(guān)部分經(jīng)過傳感器時(shí)的定位并且通過在測(cè)量之間的相關(guān)時(shí)間期間測(cè)量滑座的行程而作為頂端傳感器、工具接頭傳感器和底端傳感器操作。

同樣，管件驗(yàn)證系統(tǒng)242接收來自頂端傳感器202和工具接頭傳感器204的信息。頂端傳感器202檢測(cè)頂端192的位置并且工具接頭傳感器204檢測(cè)工具接頭肩部198的位置。傳感器的布置及其精度可以使檢測(cè)能夠同時(shí)發(fā)生，以在不停止管件的移動(dòng)的情況下提供管件位置的單個(gè)實(shí)時(shí)快照。相應(yīng)地，管件可以在過道上運(yùn)行時(shí)被測(cè)量。在其它實(shí)施例中，管件在靜態(tài)位置中維持足夠長(zhǎng)的時(shí)刻，以獲得頂端、底端和管件接頭肩部的位置信息。

在某些實(shí)施例中，重量傳感器206可以測(cè)量或確定管件的重量。管件驗(yàn)證系統(tǒng)242接收來自重量傳感器206的信息。

在308處，管件驗(yàn)證系統(tǒng)242可以接收來自傳感器的被檢測(cè)信息并且確定實(shí)際管件規(guī)格，比如長(zhǎng)度和重量。這可以通過計(jì)算管件的頂端和底端之間的距離以計(jì)算總長(zhǎng)度而簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。有效長(zhǎng)度可以通過簡(jiǎn)單地從總長(zhǎng)度減去螺紋銷連接器的長(zhǎng)度、或者通過簡(jiǎn)單地計(jì)算工具接頭肩部和頂端之間的距離來計(jì)算。同樣地，螺紋銷連接器長(zhǎng)度也能夠通過從總長(zhǎng)度承擔(dān)有效長(zhǎng)度、通過確定工具接頭肩部和底端之間的距離而容易地確定。依賴于實(shí)施例，重量可以被直接地測(cè)量。

在310處，管件驗(yàn)證系統(tǒng)242將實(shí)際管件規(guī)格與閾值規(guī)格比較，以確定管件是否適合于繼續(xù)使用。如果實(shí)際管件規(guī)格中的一個(gè)超出規(guī)格閾值，則管件不適合于繼續(xù)使用且應(yīng)被標(biāo)記成被丟棄，或者在某些實(shí)施例中，管件可以被指定為僅在某些應(yīng)用(比如低應(yīng)力應(yīng)用)中使用。舉例來說，如果管件的有效長(zhǎng)度已經(jīng)超出長(zhǎng)度閾值，則管件可能由于先前所施加的應(yīng)變而已經(jīng)被無彈性地屈服。如果應(yīng)變已超出某一閾值，則管件將具有縮短的使用壽命或其使用壽命將已經(jīng)到期。這可指示管件的進(jìn)一步使用將有破壞井下管件的危險(xiǎn)，這對(duì)于維修將是昂貴的并且造成不必要的鉆機(jī)停機(jī)時(shí)間。同樣地，如果重量低于閾值，則管件可能已經(jīng)由于研磨性流體流或其它因素磨損至其不再適合于使用的點(diǎn)。具有比閾值低的總重量的管件可能具有顯著的內(nèi)部磨損，且管件壁可能具有在外部不可見的弱化點(diǎn)或定位。相應(yīng)地，通過檢測(cè)重量，可以估計(jì)管件的剩余使用壽命。

相應(yīng)地，在312處，如果實(shí)際管件規(guī)格中的一個(gè)超出管件的規(guī)格閾值，則管件驗(yàn)證可以警告鉆井操作者或者可以采取其它動(dòng)作。在某些實(shí)施例中，警告鉆井操作者包括在顯示屏幕上顯示警告。其還可以包括視覺指示，比如在過道162上的閃光。其還可以經(jīng)由揚(yáng)聲器發(fā)出可聽見的指示，以通知使用者管件應(yīng)被重新引導(dǎo)到特定應(yīng)用或被丟棄。在某些實(shí)施例中，鉆機(jī)控制系統(tǒng)可以被構(gòu)造用以通過從過道移除管件來自動(dòng)地采取動(dòng)作。

在314處，如果實(shí)際管件規(guī)格中的一個(gè)沒有超出管件的規(guī)格閾值，則管件可以被接收到鉆井鉆機(jī)101上并且可以被排放架裝置104接受。這可以包括將管件操作到排放架裝置104。排放架裝置104可以在夾緊頭160中接收管件的頂端并且可以從過道162提升管件，使得該管件至少部分地通過頂端被懸掛。

值得注意的是，某些實(shí)施例同時(shí)利用在排放架裝置和過道兩者上的傳感器來檢測(cè)管件的特征的位置或者以本文論述的方式測(cè)量管件的長(zhǎng)度。

如本文描述的，如果先前在過道162處沒有感測(cè)到重量，則可以在排放架裝置104處感測(cè)到重量。在316處，在管件被排放架裝置104操作的情況下，排放架裝置可以使用重量傳感器218來檢測(cè)管件的實(shí)際重量。這可以通過從頂端保持管件使得管件從夾緊頭160懸掛來實(shí)現(xiàn)。在所有重量被操縱臂158和夾緊頭160承載的情況下，重量傳感器218能夠確定管件的實(shí)際重量。在其它實(shí)施例中，管件可被放置在檢測(cè)重量的秤或其它傳感器上，以便確定管件的重量。

在318處，管件驗(yàn)證系統(tǒng)將實(shí)際管件重量與閾值規(guī)格的閾值重量比較，以確定管件是否適合于繼續(xù)使用。如上面指示的，具有比閾值低的總重量的管件可能具有顯著的內(nèi)部磨損，且管件壁可能具有在外部不可見的弱化點(diǎn)或定位。相應(yīng)地，通過檢測(cè)重量，可以估計(jì)管件的剩余使用壽命。

如果在318處實(shí)際管件重量小于管件的閾值重量，則管件可能具有有限的使用壽命并且管件驗(yàn)證系統(tǒng)242在320處以上面論述的方式警告操作者。排放架裝置104然后可以在與其它管件分開的定位中排放管件，以存儲(chǔ)或可以將管件從鉆機(jī)完全地移除。

如果在318處實(shí)際管件重量不小于管件的閾值重量，則管件可以被排放用于常規(guī)使用，最小化對(duì)管件可能在井下早期失效或在鉆井操作期間早期失效的關(guān)注。

盡管圖6呈現(xiàn)了用于驗(yàn)證管件被引入到具有過道的鉆井鉆機(jī)的示例性方法，但是圖7闡述了在被移動(dòng)或操作的同時(shí)驗(yàn)證鉆機(jī)上的管件的示例性方法。

圖7是可以在管件被引入并且在鉆井鉆機(jī)上之后使用的示例性方法。方法在342處當(dāng)管件驗(yàn)證系統(tǒng)242接收閾值規(guī)格信息時(shí)開始。這可以是在圖6的步驟302中接收的相同的信息，并且將不在此重申。

在344處，鉆機(jī)控制系統(tǒng)操作排放架裝置104，以便以常規(guī)方式操縱管件。這可以包括建立和分解立根，可以包括將立根在指板和井中心之間移動(dòng)，可以包括將立根建立或引入到鉆柱中，且可以包括在立根被從井眼移除之處脫扣和套管操作。

在346處，管件驗(yàn)證系統(tǒng)242利用傳感器檢測(cè)與包括重量和長(zhǎng)度的管件有關(guān)的信息。這可以包括獲得與管件的特征的位置有關(guān)的信息，包括在管件的底端、頂端和工具接頭肩部之間的定位。這些可以通過頂端傳感器210、升降機(jī)傳感器212、底端傳感器214、工具接頭傳感器216和重量傳感器218來檢測(cè)。在某些實(shí)施例中，檢測(cè)管件的特征的定位在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行，而在其它實(shí)施例中，排放架裝置在其正常移動(dòng)期間暫停，以獲得位置的靜態(tài)讀數(shù)。在某些實(shí)施例中，高度可以通過將頂端或底端與已知定位相關(guān)聯(lián)來計(jì)算，比如通過將底端擱置在底板上并且然后測(cè)量管件的頂端的定位。這然后允許通過獲得頂端和底板之間的距離來簡(jiǎn)單地計(jì)算管件的總長(zhǎng)度。重量可以以上面參考圖6論述的方式通過以下測(cè)量：在上驅(qū)動(dòng)滑架140上的重量傳感器比如負(fù)載單元，或者在上柱驅(qū)動(dòng)器146上別的地方或者在鉆機(jī)底板上，比如鉆機(jī)底板上的秤。

在348處，來自傳感器的信息在管件驗(yàn)證系統(tǒng)處被接收，該管件驗(yàn)證系統(tǒng)然后計(jì)算管件的總長(zhǎng)度、管件的有效長(zhǎng)度和管件接頭的長(zhǎng)度。

在350處，管件驗(yàn)證系統(tǒng)242將實(shí)際管件規(guī)格與閾值規(guī)格比較，以確定管件是否適合于繼續(xù)使用。這進(jìn)一步在圖3中的步驟310中描述。在352，如果實(shí)際管件規(guī)格中的一個(gè)超出管件的規(guī)格閾值，則管件驗(yàn)證可以警告鉆井操作者或者可以以上面在312處論述的方式采取其它動(dòng)作。然而，在354處，如果實(shí)際管件規(guī)格中的一個(gè)沒有超出管件的規(guī)格閾值，則管件在鉆井程序中可被利用并且可以被排放、建立、引入到井中心或以其它方式繼續(xù)使用。

某些實(shí)施例在可以允許使用者跟蹤和分析特定管件的歷史使用或劣化的資產(chǎn)管理函數(shù)中存儲(chǔ)管件歷史。相應(yīng)地，每次特定管件被存取或使用時(shí)，其實(shí)際驗(yàn)證規(guī)格可以被記錄和存儲(chǔ)。因此，由任何單個(gè)程序或使用引起的程度或磨損能夠被跟蹤和確定。這可允許使用者更好地預(yù)測(cè)壽命周期并幫助存貨管理且提供可以在最小化鉆機(jī)系統(tǒng)的停機(jī)時(shí)間的同時(shí)實(shí)現(xiàn)有效且高效的鉆井的其它優(yōu)點(diǎn)。

在規(guī)格閾值超出可接受閾值的情況下，某些實(shí)施例自動(dòng)地拒絕管件并且用另一管件替換該管件。這允許管操作過程繼續(xù)，而沒有使用者干預(yù)。在某些方面，所拒絕的管件然后可以在隨后被手動(dòng)地檢查并且如果是可接受的，則被重新引入到管柱。在某些實(shí)施例中，自動(dòng)拒絕和操作在沒有使用者干預(yù)或通知的情況下發(fā)生。

而且，盡管上述方法論述了在將管件引入到鉆機(jī)的同時(shí)檢測(cè)規(guī)格，但是應(yīng)理解，本發(fā)明同樣可適用于管件從鉆機(jī)移除的情形。相應(yīng)地，當(dāng)管件被從鉆機(jī)移除時(shí)或者當(dāng)管件被從井中心移除時(shí)，能夠使用反向操作來驗(yàn)證管件。

鑒于所有上面的描述和附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)到本公開介紹了鉆井鉆機(jī)設(shè)備，該鉆井鉆機(jī)設(shè)備包括：排放架裝置，該排放架裝置在結(jié)構(gòu)上布置用以在鉆井鉆機(jī)上移動(dòng)管件或立根；過道，該過道在結(jié)構(gòu)上布置用以將管件或立根引入到鉆井鉆機(jī)；和感測(cè)裝置，該感測(cè)裝置與排放架裝置和過道中的至少一個(gè)協(xié)作地相關(guān)聯(lián)并且構(gòu)造用以在管件或立根在鉆井鉆機(jī)處正被操作的同時(shí)感測(cè)管件或立根的方面并且輸出代表管件或立根的方面的信號(hào)。鉆井鉆機(jī)設(shè)備還包括管件驗(yàn)證系統(tǒng)，管件驗(yàn)證系統(tǒng)構(gòu)造用以接收通過感測(cè)裝置獲得的管件或立根的被感測(cè)方面并且基于被感測(cè)方面確定管件或立根的規(guī)格特性。

在一方面，規(guī)格特性是管件或立根總長(zhǎng)度、有效長(zhǎng)度、銷連接器長(zhǎng)度、和管件或立根重量中的一個(gè)。在一方面，感測(cè)裝置包括重量感測(cè)裝置，重量感測(cè)裝置構(gòu)造用以自動(dòng)地檢測(cè)管件或立根的重量并且構(gòu)造用以將重量傳送到管件驗(yàn)證系統(tǒng)。在一方面，管件或立根的被感測(cè)方面包括管件或立根的至少一端相對(duì)于鉆井鉆機(jī)的一部分的位置。在一方面，管件或立根的被感測(cè)方面包括排放架裝置的一部分或過道的一部分相對(duì)于管件或立根的端部的位置。在一方面，感測(cè)裝置包括集成到過道內(nèi)的編碼器并且指示代表管件或立根的底端相對(duì)于過道的位置。在一方面，感測(cè)裝置包括承載在排放架的排放架臂上的傳感器并且構(gòu)造用以指示代表管件或立根的頂端相對(duì)于排放架臂的位置。在一方面，傳感器包括多個(gè)線性和旋轉(zhuǎn)編碼器，所述多個(gè)線性和旋轉(zhuǎn)編碼器圍繞排放架臂布置并且可用于確定排放架臂相對(duì)于管件或立根的底端的位置。在一方面，管件驗(yàn)證系統(tǒng)構(gòu)造用以通過從總管件或立根長(zhǎng)度減去銷連接器長(zhǎng)度來確定有效管件或立根長(zhǎng)度。在一方面，管件驗(yàn)證系統(tǒng)包括存儲(chǔ)器，管件驗(yàn)證系統(tǒng)構(gòu)造用以在存儲(chǔ)器中接收和存儲(chǔ)管件或立根的規(guī)格特性，構(gòu)造用以將規(guī)格特性與所存儲(chǔ)的閾值規(guī)格比較，并且構(gòu)造用以當(dāng)規(guī)格特性超出所存儲(chǔ)的閾值規(guī)格時(shí)警告操作者。

在另一個(gè)示例性方面，本公開涉及鉆井鉆機(jī)設(shè)備，該鉆井鉆機(jī)設(shè)備包括：排放架裝置，排放架裝置在結(jié)構(gòu)上布置用以在鉆井鉆機(jī)上移動(dòng)管件或立根；長(zhǎng)度感測(cè)裝置，長(zhǎng)度感測(cè)裝置與排放架裝置協(xié)作地相關(guān)聯(lián)并且構(gòu)造用以在管件或立根與排放架裝置操作地相關(guān)聯(lián)時(shí)感測(cè)管件或立根的位置方面并且輸出代表管件或立根的位置方面的信號(hào)；和重量感測(cè)裝置，重量感測(cè)裝置與排放架裝置協(xié)作地相關(guān)聯(lián)并且構(gòu)造用以在管件或立根與排放架裝置相關(guān)聯(lián)時(shí)感測(cè)管件或立根的重量方面并且輸出代表管件或立根的重量方面的信號(hào)。所述鉆井鉆機(jī)設(shè)備還包括管件驗(yàn)證系統(tǒng)，管件驗(yàn)證系統(tǒng)構(gòu)造用以接收由長(zhǎng)度感測(cè)裝置獲得的管件或立根的被感測(cè)的位置方面并且基于被感測(cè)的位置方面確定指示管件或立根的長(zhǎng)度的規(guī)格特性。管件驗(yàn)證系統(tǒng)還構(gòu)造用以接收由重量感測(cè)裝置獲得的管件或立根的被感測(cè)的重量方面并且基于被感測(cè)的重量方面確定指示管件或立根的重量的規(guī)格特性。

在一方面，管件驗(yàn)證系統(tǒng)構(gòu)造用以將指示長(zhǎng)度的規(guī)格特性和指示重量的規(guī)格特性與所存儲(chǔ)的閾值規(guī)格比較。在一方面，管件驗(yàn)證系統(tǒng)構(gòu)造用以當(dāng)指示長(zhǎng)度的規(guī)格特性或指示重量的規(guī)格特性在所存儲(chǔ)的閾值規(guī)格外時(shí)向系統(tǒng)使用者輸出警告。在一方面，鉆井鉆機(jī)設(shè)備還包括過道，過道在結(jié)構(gòu)上布置用以將管件或立根引入到鉆井鉆機(jī)。過道包括感測(cè)裝置，該感測(cè)裝置構(gòu)造用以在管件或立根被過道操作的同時(shí)感測(cè)管件或立根的位置方面并且輸出代表管件或立根的位置方面的信號(hào)。管件驗(yàn)證系統(tǒng)構(gòu)造用以接收從過道感測(cè)裝置輸出的信號(hào)并且確定指示管件或立根長(zhǎng)度的規(guī)格特性。在一方面，感測(cè)裝置包括集成到過道內(nèi)的編碼器并且指示代表過道上的管件或立根的底端的位置。在一方面，管件或立根的被感測(cè)的位置方面包括管件或立根的至少一端的相對(duì)位置。在一方面，由排放架裝置操作的管件或立根的被感測(cè)的位置方面包括排放架裝置的一部分相對(duì)于管件或立根的端部的位置。在一方面，感測(cè)裝置包括承載在排放架的排放架臂上的傳感器并且構(gòu)造用以指示代表管件或立根的頂端的位置。在一方面，排放架裝置包括夾緊機(jī)構(gòu)，夾緊機(jī)構(gòu)構(gòu)造用以?shī)A緊管件或立根，重量感測(cè)裝置布置在夾緊機(jī)構(gòu)上。

在另一示例性方面，本公開涉及鉆井鉆機(jī)設(shè)備，該鉆井鉆機(jī)設(shè)備包括在結(jié)構(gòu)上布置用以將管件或立根向鉆井鉆機(jī)移動(dòng)的過道并且包括長(zhǎng)度感測(cè)裝置，該長(zhǎng)度感測(cè)裝置與過道協(xié)作地相關(guān)聯(lián)并且構(gòu)造用以在管件或立根與過道操作地相關(guān)聯(lián)時(shí)感測(cè)管件或立根的位置方面并且輸出代表管件或立根的位置方面的信號(hào)。所述鉆井鉆機(jī)設(shè)備還包括重量感測(cè)裝置，該重量感測(cè)裝置與過道協(xié)作地相關(guān)聯(lián)并且構(gòu)造用以當(dāng)管件或立根與過道操作地相關(guān)聯(lián)時(shí)感測(cè)管件或立根的重量方面并且輸出代表管件或立根的重量方面的信號(hào)。鉆井鉆機(jī)設(shè)備還包括管件驗(yàn)證系統(tǒng)，該管件驗(yàn)證系統(tǒng)構(gòu)造用以接收由長(zhǎng)度感測(cè)裝置獲得的管件或立根的被感測(cè)的位置方面并且基于被感測(cè)的位置方面確定指示管件或立根的長(zhǎng)度的規(guī)格特性。管件驗(yàn)證系統(tǒng)還構(gòu)造用以接收由重量感測(cè)裝置獲得的管件或立根的被感測(cè)的重量方面并且基于被感測(cè)的重量方面確定指示管件或立根的重量的規(guī)格特性。

在一方面，管件驗(yàn)證系統(tǒng)構(gòu)造用以將指示長(zhǎng)度的規(guī)格特性和指示重量的規(guī)格特性與所存儲(chǔ)的閾值規(guī)格比較。在一方面，管件驗(yàn)證系統(tǒng)構(gòu)造用以當(dāng)指示長(zhǎng)度的規(guī)格特性或指示重量的規(guī)格特性在所存儲(chǔ)的閾值規(guī)格外時(shí)向系統(tǒng)使用者輸出警告。在一方面，長(zhǎng)度感測(cè)裝置包括集成到過道內(nèi)的編碼器并且指示代表過道上的管件或立根的底端的位置。

在又一示例性方面，本公開涉及驗(yàn)證管件或立根的方法，包括：感測(cè)支撐在鉆井鉆機(jī)的一部分上的管件或立根的方面的定位或管件或立根的重量；將指示被感測(cè)的定位或重量的信息傳送到管件驗(yàn)證系統(tǒng)；將所傳送的信息與在管件驗(yàn)證系統(tǒng)中的管件或立根驗(yàn)證閾值比較，以確定管件或立根是否滿足證明管件或立根在鉆井操作中的正當(dāng)使用的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)；以及當(dāng)管件或立根未能滿足規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，通知使用者。

在一方面，方法包括：基于所傳送的信息確定管件或立根的規(guī)格特性；和將規(guī)格特性與管件或立根驗(yàn)證閾值比較。在一方面，感測(cè)管件或立根的方面的定位包括感測(cè)管件或立根的一部分的第一位置方面和感測(cè)管件或立根的一部分的第二位置方面。在一方面，感測(cè)第一位置方面包括感測(cè)管件或立根的第一端的位置，并且其中感測(cè)第二位置方面包括感測(cè)管件或立根的第二端的位置。在一方面，傳送信息包括將被感測(cè)的重量傳送到管件驗(yàn)證系統(tǒng)，管件驗(yàn)證系統(tǒng)布置用以將所傳送的重量與管件或立根驗(yàn)證重量閾值比較，以確定管件或立根是否滿足證明管件或立根在鉆井操作中的正當(dāng)使用的重量標(biāo)準(zhǔn)。

前述內(nèi)容概述了幾個(gè)實(shí)施例的特征，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解本公開的方面。這樣的特征可以通過很多等同的替代中的任一個(gè)來替換，其中僅某些在此公開。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，他們(她們)可以作為用于設(shè)計(jì)或修改執(zhí)行相同目的和/或?qū)崿F(xiàn)本文引入的實(shí)施例的相同優(yōu)點(diǎn)的其它過程和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)來容易地使用本公開。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，這樣的等同的構(gòu)造不偏離本公開的精神和范圍。而且，他們(她們)可以在不偏離本公開的精神和范圍的情況下在此作出各種改變、替換和替代。

在本公開的末尾處的摘要被提供用以允許讀者快速地確定技術(shù)公開的本質(zhì)。應(yīng)以如下理解提出，摘要將不用于解釋或限制權(quán)利要求書的范圍或意思。