Способ регулирования буровой установки на основании данных о нагрузке (варианты)

Способ регулирования буровой установки на основании данных о нагрузке (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение в целом относится к оборудованию, применяемому для восстановления уже пробуренных скважин. В частности, настоящее изобретение относится к анализу нагрузок на буровую установку и данных о нагрузках на буровую установку для определения и контроля условий перегрузки буровой установки при извлечении насосно-компрессорных труб и/или буровых штанг.

Уровень техники

После того как скважина пробурена, перед добычей нефти или газа она должна быть закончена. После того как она будет закончена, в пласте может возникнуть множество ситуаций, вызывающих необходимость в «переделке». С этой целью применяются операции «переделки» и «технического обслуживания и ремонта» в самом широком смысле в отношении каждой и всех операций, выполняемых на скважине с целью ремонта или восстановления скважины, а также операции остановки или ликвидации скважины. Как правило, операции переделки содержат такие действия, как замена изношенных или поврежденных элементов (например, насоса, насосных штанг, насосно-компрессорных труб и уплотнительных прокладок пакеров), применение таких вспомогательных или третичных средств восстановления, как химическая обработка или обработка скважины горячей нефтью, цементирование и каротаж ствола скважины, причем названы только некоторые из них. Операции по техническому обслуживанию обычно выполняются или включают в себя передвижную установку для переделки или ремонта скважин (в дальнейшем под общим названием «установка для ремонта скважин» или «буровая установка»), которая служит, среди всего прочего, для извлечения труб или штанг из скважины, а также для спуска труб или штанг обратно в скважину. Обычно эти передвижные буровые установки являются автотранспортным средством и имеют выдвижную самоподъемную буровую вышку, укомплектованную буровой лебедкой и блоком.

Во время извлечения трубы или штанги оператор буровой установки обычно поднимает свечу труб (или штанг), которая затем удерживается на месте посредством клиновых захватов (или элеваторов для штанг) пока свеча отделяется от оставшейся части трубы или колонны насосных штанг в скважине. Если свеча труб отделена от той, которая все еще находится в скважине, то эта свеча труб помещается на площадку вышки для операций с насосно-компрессорными трубами. Во время начальной операции подъема вес или нагрузка на крюк может колебаться в значительной степени в зависимости от веса насосно-компрессорной колонны в скважине, от условий в скважине, от состояния насосно-компрессорной колонны и величины скорости насосно-компрессорной колонны, обычно насосно-компрессорная колонна работает подобно резиновой ленте. По мере того как оператор начинает увеличивать скорость движущегося вверх блока и извлекать насосно-компрессорную колонну из скважины, колонна сначала на короткий промежуток времени растягивается, прежде чем целая колонна начинает двигаться вверх вдоль скважины. Подобное удлинение может произойти, когда при столкновении части колонны труб с участком скважины увеличивается трение, или части колонны труб зацепляются или наталкиваются на сегмент скважины. Если оператор не распознает подобные проблемы достаточно быстро, величина нагрузки на крюк может возрастать очень быстро до уровня, превышающего уровень безопасной работы буровой установки. Хотя используется аварийная сигнализация, но если оператор не сможет действовать достаточно быстро, то буровая установка может быть повреждена и рабочие вокруг скважины травмированы.

Более того, по мере извлечения свечей труб (или штанг) из скважины, общая величина нагрузки на колонну уменьшается, и длина колонны уменьшается. Когда в скважине остается немного колонн труб, извлечение труб на обычной скорости, например шесть футов в секунду, может стать достаточно опасным, поскольку если поднимаемая труба зацепляется или тормозится в скважине, то уменьшается упругость трубы в пределах ее оставшейся длины, и следовательно, остается меньше времени, чтобы реагировать на повышение нагрузки на крюк. Это может стать причиной опасных условий в районе устья скважины.

Далее, если свеча труб (или штанг) отделяется от оставшейся в скважине колонны, то оператор поднимает скорость двигателя в об/мин, чтобы привести в действие трубные ключи, которые используются для откручивания одной трубы от другой. Когда ранее извлеченная свеча труб полностью освобождается от оставшихся труб в скважине, то оператор осуществляет зацепление с устройством зацепления подъемника и поднимает свечу труб еще на один фут или два и помещает ее на балкон для работы с насосно-компрессорными трубами. При подъеме свечи труб то малое расстояние перед установкой на балкон может вызвать небольшой выброс в нагрузке на буровую установку, регистрируемый датчиками нагрузки на буровую установку. В значительной степени этот выброс обусловлен увеличением скорости блока, производимым оператором. К сожалению, иногда оператор находится в спешке или не проявляет должной осторожности и может начать подъем свечи труб, до того как свеча труб будет полностью откручена от труб, которые остались в скважине. Когда это случается, нагрузка на буровую установку неожиданно и резко возрастает.Нагрузка на буровую установку продолжает расти до тех пор, пока свеча труб не освободится от последних витков резьбы труб в устье скважины. Когда свеча труб освобождается, любой человек, находящийся вблизи устья скважины, подвержен опасности получения серьезных травм.

В связи с этим необходим способ и устройство оценки нагрузки на буровую установку или на крюк при извлечении труб или штанг из скважины и разъединении муфты сцепления подъемника, когда нагрузка на буровую установку достигает уровня, указывающего на неисправности труб в скважине, такие как застревание или неожиданное повреждение. Кроме того, необходимы способ и устройство оценки нагрузки на буровую установку или на крюк при извлечении колонны труб или штанг из скважины и ограничения скорости блока и подъемника, когда только малое количество труб или штанг остается в скважине. Еще необходимы способ и устройство определения, когда свеча труб или штанг отсоединяется от труб и штанг, оставшихся в скважине во время операции извлечения, и предотвращения или ограничения возможности блока и подъемника поднимать свечу, если эта свеча не полностью вышла из зацепления с оставшимися в скважине трубами или штангами.

Настоящее изобретение направлено на решение этих, а также других подобных проблем в области обслуживания скважин.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение предназначено для управления работой буровой установки на основании данных о нагрузке на буровую установку. Для предотвращения повреждений буровой установки и несчастных случаев в районе устья скважины могут применяться усовершенствованные средства во время возрастания нагрузки на буровую установку, что позволяет отказаться от оператора или сократить его функции. Более того, за счет ограничения скорости буровой установки во время периодов, когда только малое количество насосно-компрессорных труб или штанг остается для последующего извлечения из ствола скважины, перспектива возникновения опасной ситуации, вызванной подвешиванием труб или штанг или зацеплением в стволе скважины, уменьшается на основании того факта, что время реагирования возрастает на более низких скоростях.

В соответствии с одним вариантом настоящего изобретения способ определения средней величины нагрузки во время извлечения свечи труб или штанг может быть осуществлен за счет мониторинга данных о нагрузке на буровую установку. Данные о нагрузке могут быть получены во время процесса извлечения от датчиков на буровой установке, которые передают сигналы на вход компьютера или монитора на буровой установке. Компьютер может вычислять среднюю величину нагрузки во время извлечения свечи труб или штанг на основании данных о нагрузке, полученных от датчиков. Данные о нагрузке могут содержать величину нагрузки на крюк или нагрузки на буровую установку. Затем может быть определен верхний предел величины нагрузки на основании вычисления величины средней нагрузки. Верхний предел величины нагрузки может быть фиксированной величиной выше средней величины нагрузки для каждого извлечения свеч штанг или труб или составлять процентное содержание от величины нагрузки на крюк или на буровую установку. Затем верхний предел величины нагрузки может устанавливаться для следующего извлечения свеч штанг или труб из скважины. Сеть трубных соединений может содержать, что необязательно, трубу, обсадную трубу, штанги, насосно-компрессорные трубы или другое трубное оборудование.

В соответствии с другим вариантом настоящего изобретения способ определения, когда уменьшать или ограничивать скорость блока и/или подъемника во время операции извлечения, может быть осуществлен на основании оценки данных о нагрузке на крюк. Данные о нагрузке могут быть получены от датчиков на буровой установке и связаны с вычисленными значениями нагрузки, взятыми во время поднятия колонны труб из скважины. Нагрузка на крюк или на буровую установку может быть вычислена на базе данных о нагрузке. Оценка нагрузки на крюк или буровую установку может производиться, чтобы определить, снизилась ли нагрузка до определенного уровня или ниже. Этот уровень может указывать на то, что вес оставшейся в скважине колонны труб меньше, чем перед началом операции извлечения. Если нагрузка ниже определенного уровня, то скорость блока или подъемника может быть ограничена до скорости, которая значительно меньше, чем при нормальной работе блока и подъемника во время стандартной операции извлечения труб. Уменьшение скорости может увеличить время реакции в случае, если колонна труб задерживается в скважине.

В соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения способ предохранения буровой установки от извлечения свечи бурильных труб из колонны труб в то время, когда свеча труб все еще привинчена к колонне труб, может быть осуществлен на основе оценки данных о нагрузке на буровую установку или на крюк. Система может получать информацию, указывающую на то, что на буровой установке происходит отвинчивание свечи труб от колонны труб с помощью трубных ключей. Данные о нагрузке, такие как данные о нагрузке на буровую установку или на крюк, могут быть получены, когда свеча труб отвинчивается от колонны труб. Оценка данных о нагрузке может производиться, чтобы определить, возросла ли нагрузка выше определенного уровня, который указывает, что свеча труб извлекается до того, как произошел процесс отвинчивания от колонны труб. Если уровень нагрузки возрос до или выше определенного уровня, то муфта системы привода, который поднимает свечу труб, может быть автоматически выведена из зацепления, или дроссельная заслонка может быть приведена в соответствующее состояние, чтобы препятствовать чрезмерно быстрому извлечению из скважины.

Краткое описание чертежей

С целью более полного понимания примеров вариантов реализации настоящего изобретения и их преимуществ в последующем описании даны ссылки на сопроводительные чертежи, где:

фиг.1 представляет вид сбоку передвижной буровой установки с поднятым подъемным краном в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;

фиг.2 представляет вид сбоку передвижной буровой установки с убранным подъемным краном в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;

фиг.3 представляет электрическую схему управляющей цепи в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;

фиг.4 представляет вид сзади несбалансированного подъемного крана в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;

фиг.5 иллюстрирует подъем и спуск внутренней колонны насосно-компрессорных труб с помощью передвижной установки для ремонта в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;

фиг.6 иллюстрирует один вариант реализации методологии сбора информации, представленной в табличной форме в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;

фиг.7 представляет вид спереди пульта оператора в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;

фиг.8 представляет блок-схему процесса идентификации нагрузки на буровую установку или на крюк, превышающую предельную, в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;

фиг.9 представляет изображение графика данных для определения нагрузки на буровую установку или на крюк на передвижной установке для ремонта в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;

фиг.10 представляет блок-схему процесса определения средней нагрузки на буровую установку и/или на крюк от колонны насосно-компрессорных труб на основании анализа графика нагрузки на буровую установку в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;

фиг.11 представляет изображение части графика данных о нагрузке на буровую установку для отдельной операции по извлечению насосно-компрессорных труб, используемого для определения средней нагрузки на буровую установку и/или на крюк от колонны насосно-компрессорных труб в соответствии с вариантом реализации, показанным на фиг.10;

фиг.12 представляет блок-схему процесса определения предельной нагрузки на буровую установку и/или на крюк на основании анализа данных графика нагрузки на буровую установку в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;

фиг.13 представляет изображение графика данных о нагрузке на буровую установку, содержащего среднюю нагрузку на крюк и предельную нагрузку на крюк в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;

фиг.14 представляет блок-схему процесса ограничения скорости блока во время извлечения насосно-компрессорных труб на основе анализа графиков данных о нагрузке на буровую установку в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;

фиг.15 представляет блок-схему процесса предохранения свечи насосно-компрессорных труб от извлечения из ствола скважины, до того как насосно-компрессорные трубы не будут отвинчены от оставшейся в стволе скважины насосно-компрессорных труб, в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения.

Варианты осуществления изобретения

Далее следует подробное описание примеров вариантов реализации изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи. Варианты реализации изобретения описываются в соответствии с тем, как они могут быть выполнены. Для ясности не все особенности фактического воплощения приведены в данном описании. Специалистам понятно, что при создании реального конструктивного исполнения для достижения определенных целей изобретателей должны быть приняты некоторые специальные решения, такие как согласование условий, связанных с бизнесом, и системных условий, которые могут изменяться от одного воплощения к другому. Более того, следует принять во внимание, что такие опытно-конструкторские разработки должны быть комплексными и требуют больших затрат времени, но тем не менее являются установившейся практикой для специалистов, чьи изобретения приносят определенную выгоду. Другие аспекты и преимущества различных воплощений изобретения будут очевидны из рассмотрения нижеследующего описания и сопроводительных чертежей.

На фиг.1 и 5 показана убирающаяся автономная передвижная буровая установка 20, содержащая раму 22, опирающуюся на колеса 24, двигатель 26, гидравлический насос 28, воздушный компрессор 30, первую коробку передач 32, вторую коробку передач 34, лебедку 36 с изменяемой скоростью, блок 38, раздвижной подъемный кран 40, первый гидроцилиндр 42, второй гидроцилиндр 44, первый преобразователь 46, монитор 48 и выдвижную опору 50.

Двигатель 26 выборочно соединяется с колесами 24 и лебедкой 36 посредством коробок передач 34 и 32 соответственно. Также двигатель 26 приводит в действие гидравлический насос 28 через линию связи 29 и воздушный компрессор 30 через линию связи 31. Компрессор 30 приводит в действие пневматический захват (не показан), и насос 28 приводит в действие набор гидравлических ключей (не показаны). Также насос 28 приводит в действие цилиндры 42 и 44, которые соответственно удлиняют и поворачивают подъемный кран 40, чтобы по выбору установить подъемный кран 40 в рабочее положение, как показано на фиг.1, и в нижнее положение, как показано на фиг.2. В рабочем положении подъемный кран 40 направлен вверх, но его продольная ось 54 смещена от вертикали под углом 56. Угловое смещение обеспечивает доступ блока 38 к стволу скважины 58 без взаимодействия с шарниром 60 подъемного крана. Благодаря угловому смещению 56 рама подъемного крана не служит препятствием для быстродействующего оборудования и перемещения многочисленных внутренних сегментов внутренней трубы (известных как труба, внутренняя колонна труб, насосные штанги или насосно-компрессорные трубы 62, далее - «трубы» или «насосные штанги»),

Отдельные сегменты трубы (колонны 62) и насосные штанги скрепляются между собой с помощью гидравлических ключей. Термин «гидравлический ключ», использующийся здесь и далее, относится к любому гидравлическому инструменту, который может скреплять вместе две трубы или насосные штанги. Например, можно использовать инструмент, предоставленный компанией B.J.Hughes, Хьюстон, Техас. При работе насос 28 запускает гидравлический двигатель (не показан) вперед и назад с помощью клапана. По существу, двигатель запускает ведущее зубчатое колесо, которое поворачивает элемент трубного ключа относительно стыкового хомута. Элемент и стыковой хомут захватывают плоские грани на сопряженных соединительных муфтах насосных штанг или колонны 62 внутренних труб согласно одному представленному варианту реализации изобретения. Однако хорошо в пределах объема изобретения иметь вращающиеся зажимы трубного ключа или захватные устройства, которые прижимают к круглой трубе (т.е. без плоскостей), в принципе подобные обычно применяемому трубному ключу, но с гидравлическим зажимом. Направление вращения двигателя определяет сборку или разборку соединительных муфт.

На чертежах подробно не показано, что при установке сегментов трубы 62 используется пневматическая клиновая плашка для захвата труб, чтобы поддерживать трубу 62, пока следующий сегмент трубы 62 навинчивается с применением трубных ключей. Компрессор 30 снабжает сжатым воздухом через клапан для быстрого скрепления и освобождения пневматической клиновой плашки. Резервуар помогает поддерживать постоянное давление воздуха. Датчик давления подает на монитор 48 (фиг.3) сигнал, который неявно указывает на то, что буровая установка 20 находится в рабочем состоянии.

Снова ссылаясь на фиг.1, следует сказать, что нагрузка, приложенная к блоку 38, воспринимается прижимающей гидравлической опорой 92, которая поддерживает подъемный кран 40. Гидравлическая опора 92 в принципе является поршнем в цилиндре (в качестве варианта - мембрана) так, как это обеспечивается компанией M.D.Totco, Cedar Park, Texas. Гидравлическое давление в опоре 92 возрастает с возрастанием нагрузки на блок 38. На фиг.3 первый преобразователь 46 преобразовывает гидравлическое давление в сигнал 94 напряжения постоянного тока величиной 0-5 В, который передается в монитор 48. В качестве варианта первый преобразователь 46 может преобразовывать гидравлическое давление в сигнал 4-20 мА. Монитор 48 преобразовывает сигнал 94 в цифровую форму, сохраняет его в запоминающем устройстве 96, увязывает его с отметкой реального времени и в результате передает данные в дистанционный компьютер 100 или компьютер 700 на фиг.7 посредством проводной системы, модема 98, линии связи T1, WiFi или другого устройства или способа передачи данных, известного специалистам.

В варианте реализации, представленном на фиг.4, применяются две опоры 92, связанные с преобразователями 46 и 102. Интегратор 104 гидравлически разделяет опоры 92. Штоковая сторона каждого из поршней 106 и 108 имеет область под воздействием давления, которая составляет половину полной площади поверхности поршня 108.

Следовательно, в камере 110 создается давление, которое является средней величиной давлений в опорах 92. Один тип интегратора 104 создан компанией М.D.Totco, Cedar Park. Texas В одном варианте реализации настоящего изобретения применяется только один преобразователь 46 и он соединен с отверстием 112. В другом варианте реализации настоящего изобретения применяются два преобразователя 46 и 102, при этом преобразователь 102 находится на правой стороне буровой установки 20 и соединен с отверстием 114, а преобразователь 46 находится на левой стороне и соединен с отверстием 116. Подобная компоновка позволяет идентифицировать нарушение баланса между двумя опорами 92. Хотя ниже описывается применение опоры 92 для определения данных о нагрузке, специалистам понятно, что могут применяться другие датчики нагрузки, включая, но не ограничивая этим, тензометрические датчики, индикаторы нагрузки с линейной шкалой и им подобные.

На фиг.3 также показаны преобразователи 46 и 102, соединенные с монитором 48. Преобразователь 46 показывает давление на левой опоре 92, а преобразователь 102 показывает давление на правой опоре 92. Генератор 118, запускаемый двигателем 26, обеспечивает выходное напряжение, пропорциональное скорости двигателя. Это выходное напряжение прикладывается к делителю напряжения со сдвоенными резисторами, чтобы подать сигнал напряжением 0-5 В постоянного тока в точку 120, и затем подается на усилитель 122. Генератор 118 представляет только один из многих разнообразных тахометров, которые обеспечивают сигнал обратной связи, пропорциональный скорости двигателя. Другой пример тахометра предполагает наличие двигателя 26, запускающего генератор переменного тока и измеряющего его частоту. Преобразователь 80 создает сигнал, пропорциональный давлению гидравлического насоса 28 и, следовательно, пропорциональный крутящему моменту трубных ключей.

Схема 124 телефонного доступа, относящаяся к «POCKET LOGGER» (портативное устройство регистрации) Расе Scientific, Inc. Charlotte, N.C., содержит четыре входных канала 126, 128, 130 и 132, запоминающее устройство 96 и часы 134. Схема 124 периодически опрашивает входы 126, 128, 130 и 132 на выбираемой пользователем частоте выборки; оцифровывает данные считывания; сохраняет оцифрованные значения и сохраняет время суток, когда была осуществлена выборка входов. Специалистам следует принять во внимание, что при наличии соответствующей схемы может быть опрошено любое количество входов, и данные по получении могут передаваться немедленно.

Оператор на компьютере 100, удаленном от рабочего места, где работает установка 20 для ремонта скважин, осуществляет доступ к данным, сохраняемым в схеме 124, с помощью модема 98 на базе ПК и сотового телефона 136 или других известных способов передачи информации. Телефон 136 считывает данные, через линии связи 138 (отраслевой телефонный стандарт RJ11) и передает данные на модем 98 с помощью антенн 140 и 142, в другом варианте данные передаются с помощью кабельного модема или системы WiFi (не показанной). В одном варианте реализации настоящего изобретения телефон 136 содержит CELLULAR CONNECTION.TM (систему сотового соединения), предоставляемую Motorola Incorporated of Schaumburg, Ш. (модель S1936C для сотовых приемопередатчиков серии 11 и модель S1688E для более старых сотовых приемопередатчиков).

Некоторые детали, касающиеся монитора 48, которые важно отметить, заключаются в том, что доступ к нему с помощью модема делает монитор 48 практически недоступным для самого персонала на рабочем месте. Однако систему можно легко модифицировать, чтобы предоставить персоналу возможность обрабатывать или корректировать передаваемые данные. Усилители 122, 144, 146 и 148 создают условия для своих входных сигналов, чтобы обеспечить соответствующие входы 126, 128, 130 и 132, имея подходящий диапазон мощности и амплитуды. Достаточная величина мощности необходима для RC-цепей 150, которые в течение короткого периода (например, 2-10 с) поддерживают амплитуду входов 126, 128, 130 и 132 даже после того, как выходы преобразователей 46, 102 и 80 и выход генератора 118 уменьшаются. Это гарантирует захват коротких выбросов без осуществления выборки и сохранения избыточного количества данных. Источник питания постоянного тока 152 подает чистое и точное напряжение возбуждения на преобразователи 46, 102 и 80, а также питает схему 124 соответствующим напряжением с помощью делителя 154 напряжения. Датчик давления 90 активизирует источник питания 152 с помощью реле 156, контакты которого замыкаются посредством катушки индуктивности 160, возбуждаемой батареей 162. На фиг.5 представлено изображение передвижной установки 20 для ремонта скважин, опускающей колонну 62 труб, как указано стрелкой 174 на фиг.5.

Фиг.6 изображает методологию операции захвата в форме таблицы в соответствии с одним вариантом реализации изобретения. Согласно фиг.6 оператор сначала выбирает идентификатор операций для его/ее предстоящей работы; если выбран режим «ОБЩИЙ», то тогда оператор должен выбрать одно из положений буровой установки вверх/вниз, поднятие/спуск насосно-компрессорных труб или насосных штанг или вынос/затаскивание насосно-компрессорных труб и насосных штанг (опции не показаны на фиг.6). Если выбран режим «ПОРЯДОК ДЕЙСТВИЙ: ВНУТРЕННИЙ», то тогда оператор должен выбрать монтаж или демонтаж вспомогательной установки для технического обслуживания, длинный ход поршня, содержание парафина, монтаж/демонтаж противовыбросового превентора (ВОР), ловильные работы в скважине, работы ясом, свабирование, приток в ствол скважины, бурение, очистка скважины, операции глушения скважины, такие как заглушка скважины или прокачивание жидкости, поднятие насосов, установка/снятие трубного якоря, установка/снятие пакера и вынос/затаскивание утяжеленных бурильных труб и/или других устройств. Наконец, если выбран режим «ПОРЯДОК ДЕЙСТВИЙ: ВНЕШНИЙ», то оператор должен выбрать операции, выполняемые третьей стороной, такие как монтаж или демонтаж вспомогательного оборудования для ремонта, возбуждение скважины, цементирование, каротаж, перфорирование или технический контроль скважины и другие общие работы по обслуживанию, выполняемые третьей стороной. После того как операция идентифицирована, она классифицируется. Для всех классификаций, кроме классификации «ВЫПОЛНЯЕМАЯ ЗАДАЧА: ПОРЯДОК ДЕЙСТВИЙ», выбирается идентификатор отклонений и затем происходит классификация с использованием классификационных величин отклонений.

Фиг.7 представляет вид интерфейса оператора буровой установки или интерфейс супервизора согласно одному варианту реализации настоящего изобретения. В соответствии с фиг.7 все, что требуется от оператора, состоит в том, что он или она вводит данные операций в компьютер 705. Оператор может взаимодействовать с компьютером 705, используя разнообразные средства, включающие в себя набор на клавиатуре 725 или использование сенсорного экрана 710. В одном варианте реализации дисплей с сенсорным экраном 710 с программными кнопками, такими как извлечение насосных штанг или насосно-компрессорных труб из ствола скважины 715, предоставляется оператору, как показано на фиг.7, что позволяет оператору без труда выбрать операцию из группы программных кнопок. Например, если оператору предоставлен дисплей 710, изображенный на фиг.7, то по прибытии на буровую площадку оператор должен сначала нажать кнопку «МОНТАЖ». Затем оператор должен выбрать, например, «УСТРОЙСТВО ОБСЛУЖИВАНИЯ», «УСТРОЙСТВО ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ» или «ТРЕТЬЯ СТОРОНА». Затем оператор должен выбрать, чтобы операция или выполнялась, или исключалась, как описано выше. Кроме того, как показано на фиг.7, перед извлечением (перемещением) 715 или опусканием (установкой) насосных штанг 62 оператор может устанавливать верхний и нижний пределы для блока 38 путем нажатия кнопок установки вверх и установки вниз после передвижения блока 38 в надлежащее положение.

Процессы в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения будут рассмотрены со ссылкой на фиг.8, 10, 12, 14 и 15. Определенные этапы процессов, описанных ниже, должны обязательно предварять другие в настоящем изобретении, чтобы выполнять функции в соответствии с описанием. Однако настоящее изобретение не ограничивает порядок описываемых этапов, если такой порядок или последовательность не изменяет функциональные возможности настоящего изобретения нежелательным образом. А именно, это означает, что некоторые этапы могут выполняться перед или после других этапов или параллельно с другими этапами в пределах объема и сущности настоящего изобретения.

Теперь обратимся к фиг.8, где представлена логическая блок-схема, иллюстрирующая на примере способ 800 идентификации в случае предельной перегрузки на буровую установку 20 на основании оценки графика данных о нагрузке на буровую установку в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения. Согласно фиг.1, 3, 5, 7, 8 и 9 способ 800 начинается с этапа ПУСК и переходит к этапу 805, где осуществляется запрос для определения, включена ли муфта барабана для лебедки 36 с переменной скоростью. Если муфта не включена, то линия «НЕТ» ведет обратно к этапу 805 до тех пор, пока не определится, что муфта включена. В другом случае линия «ДА» ведет к этапу 810.

На этапе 810 осуществляется запрос для определения, является ли вес груза буровой установки выше базового веса или уровня нагрузки. Базовый вес обычно находится на уровне, который в малой степени превышает вес самой буровой установки. В одном варианте реализации базовый вес составляет приблизительно 40000 фунтов. Однако специалистам понятно, что это значение можно легко изменить на основании других факторов, таких как размер буровой установки, состояние скважины и т.п. В другом варианте реализации отсутствует необходимость оценки базового веса, так как какой-либо предельный вес груза буровой установки будет, как правило, выше базового веса. Если вес не превышает базовое значение, то линия «НЕТ» ведет обратно к этапу 805. И наоборот, если вес груза буровой установки превышает базовое значение, то линия «ДА» ведет к этапу 815.

На этапе 815 осуществляется запрос для определения, движутся ли блоки 38 в направлении извлечения насосно-компрессорных труб 62 из ствола скважины. В одном варианте реализации направление блоков 38 можно анализировать с помощью установки кодового датчика (не показан) на лебедке 36 или в другом месте на линии соединения с блоком 38. Если блок 38 не передвигается в направлении извлечения насосно-компрессорных труб 62, то линия «НЕТ» ведет к этапу 805. И если наоборот, то линия «ДА» ведет к этапу 820.

На этапе 820 осуществляется запрос для определения, открыты ли клиновые плашки в устье скважины. Клиновые плашки применяются при извлечении труб 62 из скважины 58. Когда при извлечении труб 62 наступает время отвинчивать одну свечу труб 62 от другой, то труба 62 устанавливается на клиновые плашки, которые задерживают оставшиеся трубы 62 на устьевом оборудовании 186 и опускают в ствол скважины 58. В одном варианте реализации клиновые плашки входят в зацепление посредством использования давления воздуха. В этом варианте положение клиновых плашек можно определить с помощью пневматического выключателя, который распознает, давление раскрытия или закрытия действует на клиновые плашки. В другом варианте реализации положение клиновых плашек можно оценить с помощью датчика их перехода из положения раскрытия/закрытия. В этом варианте реализации этот датчик может содержать переключатель вход/выход гидравлического типа. Специалистам понятно, что могут применяться другие способы определения состояния клиновых плашек, включая «фотоглаза», бесконтактные датчики и другие индикаторы положения. Если клиновые плашки не раскрыты, то линия «НЕТ» ведет к этапу 805, если клиновые плашки открыты, то линия «ДА» ведет к этапу 825.

На этапе 825 данные о весе груза буровой установки записываются и воспроизводятся на компьютере 705. Фиг.9 является иллюстрацией 900 графика данных нагрузки на буровую установку, представляющего данные о весе груза буровой установки и использующегося для определения нагрузки на буровое оборудование передвижной буровой установки 20. В соответствии с фиг.9 иллюстрация 900 содержит график 905 данных о нагрузке на буровое оборудование. Ось Х графика 905 данных о нагрузке на буровое оборудование представляет время, а ось Y представляет нагрузку на буровое оборудование в фунтах. Нагрузка на буровое оборудование может быть измерена в различных местах буровой установки 20. Например, нагрузка на буровое оборудование может быть измерена отдельно на каждой опоре 92 буровой установки, на преобразователе или датчике, на вторичной стороне интегратора, на индикаторе веса на опору (не показан), на тензометрическом датчике, расположенном на мачте буровой установки 20 для измерения сжатия в опоре подъемного крана, на неподвижном конце каната, датчике на канате: мембране на канате, передающей мембране или цилиндре (не показан). Нагрузка на буровую установку, показанная на графике 905, основана на полном весе на опоры 92, а не на крюк 38 («нагрузка на крюке»).

Фиг.9 представляет общую картину характеристик данных о нагрузке на буровое оборудование в течение операций извлечения штанг и насосно-компрессорных труб 62 из ствола скважины. График 905 нагрузки на буровое оборудование содержит последовательность точек, соответствующих данным о нагрузке на буровое оборудование, представленную как диаграмма 910 веса. Так как из диаграммы 910 веса следует, что точки данных о нагрузке на буровое оборудование регистрируются на постоянной основе, можно взять точки данных в определенные моменты времени и построить диаграмму на основании средних значений точек данных за период. График 905 нагрузки на буровое оборудование представляет такие данные, как вес буровой установки 20, который можно определить путем оценки провалов 915 на графике данных. График 905 также представляет выбросы 920 уровня нагрузки на буровое оборудование. Величина выброса 920 зависит от различных факторов, включая, но не ограничивая, скорость извлечения труб 62 из скважины 58, аномалии или износ в стволе скважины 58 или проблемы с трубами 62 в стволе скважины 58. Хотя некоторые выбросы данных о весе на диаграмме 910 веса являются ожидаемыми, но если эти выбросы данных о нагрузке превышают определенные заданные уровни, то превышение уровней нормальной нагрузки на буровую установку может указывать на то, что труба 62 задержана или застряла в скважине 58, существуют проблемы со скважиной 58, оператор пытается извлекать трубы 62 слишком быстро, и/или дальнейшее извлечение может повредить буровую установку 20 или травмировать рабочих, когда труба 62 «оторвется» или отломается от колонны труб 62.

Возвращаемся к фиг.8. Компьютер 705 определяет средний вес груза буровой установки на основании данных графика 905 нагрузки на буровую установку на этапе 830. На этапе 835 компьютер 705 определяет предельную величину нагрузки на буровую установку. В одном варианте реализации предельной величиной нагрузки является величина, превышающая средний вес груза, при котором буровая установка 20 может извлекать трубы и при этом работать безопасно. Например, в течение времени, пока фактическая нагрузка, полученная на датчиках 92, не превышает предельного значения нагрузки на буровую установку, буровая установка 20 может продолжать работать. Однако если датчики 92 обнаруживают, что нагрузка выше или равна предельной величине нагрузки на буровую установку, извлечение труб 62 может быть остановлено путем вывода из зацепления муфты для лебедки 36. В одном варианте изобретения предельная величина нагрузки на буровую установку является постоянной величиной выше среднего веса груза для буровой установки, например значение между пятью и пятьюдесятью тысячами фунтов. В другом варианте реализации предельная нагрузка на буровую установку представляет собой долю в процентах от средней нагрузки на буровую установку при предыдущем извлечении труб, которая прибавляется к средней нагрузке на буровую установку, например между 1-50%. В еще одном вар