借助于机器可读部件信息为工具组件构建控制指令的系统和方法 |
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| 申请号 | CN201380030801.6 | 申请日 | 2013-11-18 | 公开(公告)号 | CN104364466B | 公开(公告)日 | 2017-06-30 |
| 申请人 | 图博斯科珀挪威股份有限公司; | 发明人 | M·格兰罗德; | ||||
| 摘要 | 描述了一种为工具组件构建控制指令的系统，所述工具组件形成为至少部分地布置为插入钻孔中的管柱(2)，在所述管柱中，管柱部件(21、21n)配备有唯一的机器可读的识别载体(211、211a、211b、211n)，所述识别载体能够被 控制器 (42)经由一个或多个读取器(422、422’、422”)来识别，所述控制器(42)与 数据库 (41)连接，所述数据库包含用于每个管柱部件(21、21n)的部件数据集(411)，所述控制器(42)布置为在管柱部件(21、21n)已经被读取器(422、422’、422”)记录之后，将对应的部件数据集(411)包含在控制指令集(421)中，从而随时根据所述管柱(2)的相关组成产生用于关联的钻井操作设备(131、132、133、134、134’)的控制指令。另外还描述一种为工具组件构建控制指令的方法，所述工具组件形成为至少部分地布置为插入钻孔中的管柱(2)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种为工具组件构建用于自动操作的控制指令的系统(4)，所述工具组件形成为被布置成至少部分插入钻孔中的管柱(2)，在所述管柱中，管柱部件配备有唯一的机器可读的识别载体，所述识别载体能够被控制器(42)经由一个或多个读取器(422、422’、422”)来识别，其特征在于，所述系统(4)包括数据库(41)和控制器(42)，所述控制器(42)与数据库(41)连接，所述数据库(41)包含用于每个管柱部件的部件数据集(411)，所述控制器(42)布置为在管柱部件已经被读取器(422、422’、422”)记录而获得被记录的管柱(2)组成之后，将对应的部件数据集(411)包含在控制指令集(421)中，从而产生用于关联的钻井操作设备(131、132、133、134、134’)的控制指令，其中所述控制指令随时根据所述被记录的管柱(2)组成持续更新。 |
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| 说明书全文 | 借助于机器可读部件信息为工具组件构建控制指令的系统和方法 技术领域背景技术[0002] 当工具柱被用于钻孔等中时，例如用于烃勘探和生产，需要完整地获知在工具柱中存在哪些部件，以及重要部件在钻孔中位于哪里，例如钻柱配备有哪种类型的钻头，以及钻头在钻孔中已经移动到多深，从而确保工具的正确操作，例如在钻头触及钻孔末端之前使钻柱的运转停止，并且所述钻头被设定为以高的旋转速度旋转。为了获知钻头和其它钻柱部件在钻孔中位于哪里，必须测量并记录钻柱中所包含的管件和部件的长度。目前，关于钻柱中所包含的部件的信息由操作者手工地记录在控制参数中。相关信息典型地是长度、重量、外径、内径、螺纹类型以及为了将部件螺接在一起所需的扭矩。部件数据另外可能已经被手工地收集在钻机上，这些部件数据的记录导致几个错误来源的可能性。 [0003] 从挪威专利NO.330526得知使用在管柱中使用的部件的电子标签，标签借助于RFID(射频识别)类的电子标签来提供，其使得能够远程读取部件的身份，从而可以获知管柱的组成。该技术既被用来跟踪管柱由哪些部件构成，即各个部件在管柱中处于哪个位置(管柱内的顺序)，多少部件已经被使用，例如钻柱包含多少钻管段，以及被用于各个部件的使用数据，例如为某个钻管段已经记录了多长的服务时间。 [0004] 在与深入钻孔或钻井中的管柱相关联的操作的自动化中，管柱的操作依赖于各个管柱部件各自的操作参数，例如部件在被安装到管柱中之前的位置和取向，以及与旋转速度、连接于其它管柱部件的过程中的最大组装扭矩、在部件工作阶段的前进速率和旋转速度有关的供应商指令。这样的操作参数当然必须被包含在用于管柱操作的指令中，该指令用于以控制程序(即计算机程序)的一部分的形式自动地操作，并用于被用来操作管柱的系统中。 [0005] 目前，一些操作基于位于所谓稳定范围内的操作而实现自动化，稳定范围即如下操作范围：其中，过程没有任何瞬间的不确定性但是重复相同操作和相同设备。这种操作是例如将钻管从钻管甲板吊到钻井平台并将钻管螺接在一起成为包括两个、三个或更多个管长的完整段，然后将完整段竖直地放回到钻井平台上的管架中。 [0006] 采用该现有技术，需要大量的这种完整控制程序，从而对于管柱中的所有相关部件组合都存在对应的控制程序。从作为动态活动的管柱构建的背景来看，很容易出现如下情况：例如因为与控制程序中假设的钻头型号不同的另一型号的钻头被安装在钻柱中，限定管柱将被如何操作的指令与部件供应商为管柱中的各个部件限定的控制参数不一致。 发明内容[0009] 在下面的说明中，术语“钻孔”被用作形成于地下结构中的孔的统称，不管孔在实际钻孔操作之后是尚未完成还是已经完成。在这点上，术语“钻孔”因此还涵盖已经安置有盖子、封隔器和筛子等的完整井孔。 [0010] 术语“管柱部件”涵盖包含在管柱中的部件，例如钻头或钻管，但是还可以用于与管柱相连的部件，例如被放在钻井平台上或钻井平台处并且借助于固井软管与管柱相连的固井设备的一些部分。 [0011] 本发明提供一种借助于机器可读的部件信息为工具组件构建控制指令的系统，部件信息典型地为借助于RFID标签所携带的部件身份来提供的信息的形式。用作管柱(将要插入到钻孔中或者以其它方式与钻孔关联)中的建筑部件的每个部件携带有如NO.330526中所述的与RFID标签关联的唯一的身份。至少当该部件与管柱相连并且经过读取器时，管柱部件的身份识别可以通过在管柱部件朝向管柱的移动路径中的一个或多个位置进行读取来建立，或者在管柱相对于钻孔移位期间建立，读取器例如在紧邻钻井平台的旋转台的附近或者位于防喷器(BOP)上。用于读取管柱部件的身份的另外的读取器可以与在部件架和管柱之间移动管柱部件的操作设备相关地放置。 [0012] 已经为每个管柱部件提供与搬移和操作相关的数据集，例如组装扭矩的最小和/或最大值、转速、轴向载荷、结构尺寸、螺纹尺寸等。另外，提供可能包括算法的指令，其定义将如何操作管柱部件，包括在单独使用或者与其它特定管柱部件组合使用时的限制。限制的例子可以是禁止组合、最大服务寿命、环境温度或压力的要求等。部件特定数据和指令布置在信息集，典型地布置在数据库中，并且是如下类型：其可以恢复且与其它信息组合并且包含在指令集，典型地包含在计算机程序中，该计算机程序被用于控制在组装和拆卸管柱时使用的设备，并且用于在管柱正在被操作时使用的设备，例如钻井机、不压井作业设备等。指令集基于在管柱中安装或移除管柱部件时对管柱部件的记录、将管柱伸入和拉出钻孔的设备的位置而连续地更新，因此关于管柱的组成以及钻孔中各个管柱部件的位置而一直更新。另外，控制器的操作指令被更新，使得关键操作参数，例如钻头的转速根据使用特定钻头时可得到的指令而设定。 [0013] 可以在不触及用于管柱整体的指令的情况下，对例如基于来自供应商或操作者自身经验的新信息的用于管柱部件的指令进行改变，这是因为管柱的整个指令的组成是动态的，并且随时根据形成管柱的部件组成而更新。当新部件被引入而应用于管柱中时，指令的提供受限于涉及新管柱的指令，这是因为指令以与用于其它管柱部件的指令相兼容的形式和结构来提供。 [0014] 在第一方面，本发明更具体地涉及一种为工具组件构建控制指令的系统，所述工具组件形成为至少部分地布置为插入钻孔中的管柱，在所述管柱中，管柱部件配备有唯一的机器可读的识别载体，所述识别载体能够被控制器经由一个或多个读取器来识别，其特征在于，所述控制器与数据库连接，所述数据库包含用于每个管柱部件的部件数据集，所述控制器布置为在管柱部件已经被读取器记录之后，将对应的部件数据集包含在控制指令集中，从而随时根据所述管柱的相关组成产生用于关联的钻井操作设备的控制指令。 [0015] 所述唯一的机器可读的识别可以由RFID标签提供，所述读取器可以是RFID标签读取器。 [0016] 所述部件数据集可以包含相关用户参数的极限值、对应管柱部件的相关规格和移动指令、以及一个或多个管柱部件的组合的操作限制。 [0017] 在第二方面，本发明更具体地涉及一种为工具组件构建控制指令的方法，所述工具组件形成为至少部分地布置为插入钻孔中的管柱，其特征在于，所述方法包括如下步骤： [0018] a)提供数据库，所述数据库包含用于可能形成所述管柱的一部分的管柱部件的部件数据集； [0019] b)将所述数据库连接至用于关联的钻井操作设备的控制器； [0020] c)为管柱部件提供唯一的机器可读的识别载体； [0021] d)借助于一个或多个读取器，识别并建立管柱部件相对于所述管柱的位置[0022] e)利用用于所述管柱部件的部件数据集构成用于关联的钻井操作设备的控制器的控制指令集，从而根据所述管柱的变化后组成产生控制指令。附图说明 [0023] 下面将描述优选实施方式的实施例，在附图中示出了该实施例，其中： [0024] 图1示出根据本发明的自动钻机构造的原理图。 具体实施方式[0025] 在图中，附图标记1表示钻机，其中井架12从钻井平台11突出来。钻机1配备有各种钻井操作设备，这里示出了用于使管柱2旋转的装置，典型地是布置在钻井平台中的旋转台132和钻井机131(其还代表用于使管柱2轴向移位的设备)，钻井流体等的循环系统133，以及用于与钻井平台11上的操作相关联地操纵管柱部件等的操纵器或机器人。 [0026] 管柱2穿过钻井平台11的旋转台延伸并向下伸入钻孔(未示出)中，管柱2由各种管柱部件构成，这里示出了附图标记21、21a、21b、21c、21d、21e和21f。在位于管柱2正上方的位置还示出了等待被连接至管柱2的管柱部件21g。另一管柱部件21n被放在第一部件架3中。另一部件架3’显示为容纳有几个管柱部件21h，这些管柱部件在这里显示为多个直立的钻管段，即螺接在一起成为所谓“立柱”的几个钻管。 [0027] 所有管柱部件21、21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g、21h、21n都设有机器可读的识别载体211、211a、211b、211c、211d、211e、211f、211g、211h、211n，典型地是RFID标签的形式。如果合适的话，管柱部件21、21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g、21h、21n可以设有几个识别载体(未示出)，例如提供关于管柱部件21、21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g、21h、21n的取向、延伸范围等的指示。 [0028] 包括数据库41和控制器42的控制系统4以信号通信的方式连接到钻井操作设备131、132、133、134、134’。数据库41布置为存储用户指令以及收集在部件数据集411中的用于所有管柱部件21、21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g、21h、21n的部件数据，每个部件数据集 411包括基于为数据库41提供的管柱部件21、21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g、21h、21n的唯一识别符、通过与控制系统4相连的至少一个读取器422将部件数据集411与对应管柱部件 21、21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g、21h、21n关联的信息，该读取器422可以读取识别载体 211、211a、211b、211c、211d、211e、211f、211g、211h、211n所提供的信息。这里，读取器422显示为在旋转台132的正下方布置在紧邻管柱2的附近，但是将几个读取器422’、422”连接至控制系统4也是合适的，读取器422’、422”在图中分别与操纵器14和机器人134’连接。 [0029] 在没有示出的实施方式中，当数据库41被许多控制器42共用时，数据库41可以设置成远离控制器42，例如以操作者为中心。 [0030] 借助于控制指令集421，控制器42控制利用钻井操作设备131、132、133、134、134’执行的操作。控制指令集421是根据哪些管柱部件21、21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g、21h、21n安装在管柱2中，可能地从管柱2移除而随着来自数据库41的部件数据集411而更新的类型。控制指令集421因而是动态的，并且基于控制系统4进行的记录。 [0031] 本发明如何起作用的实施例通过下面的情况来进行示例说明：构建钻柱形式的管柱2。当钻头21移动经过读取器422时，钻头21被识别，并且对应部件数据集411被载入控制器42的控制指令集421，该部件数据集411可以包括钻头21上的推荐载荷和针对该载荷的极限值、钻头21的推荐转速和针对该转速的极限值，从而当开始钻井时，根据应用于已经被记录为安装在管柱2中的钻头21的这些值来进行操作。 [0032] 本发明的应用的另一个实施例通过下面情况来示例说明：将被用于在井中安装部件(未示出)的安置工具形式的工具被从部件架3上拾取并且连接到管柱2上。控制指令集421被补充与通过安置工具将该部件安装在哪里以及如何安装有关的信息，例如井口(未示出)下450米，安置工具依次地执行三次右向旋转然后升高2米，以在管柱2被向左旋转1/4圈之前加载20吨的轴向载荷，并且安置工具被拉出钻孔并返回到部件架3。与工具将在哪里安置部件有关的指令被供应给控制器42，而与安置工具将如何操作有关的指令经由用于安置工具的部件数据集411被从数据库41供应给控制器42，作为特定的用户指令。 [0033] 在新类型或新型号的管柱部件21、21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g、21h、21n将被采用的情况下，该数据库被新的部件数据集411更新。如果与先前使用的管柱部件相同类型的新的管柱部件21、21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g、21h、21n被投入使用，例如新的钻管，则其身份被关联至现有的部件数据集411。 [0034] 本发明还涉及与管柱2连接但是没有下放到钻孔中的部件，这些部件与管柱2的伸出到钻井平台11上方的部分连接，可能包括布置在钻井平台11上或紧邻钻井平台11附近的部件。这种部件的例子是在固井操作中使用的部件。固井端头(未示出)是这样的部件：其将被放在钻井平台11上方的管柱2的顶端，经由固井软管(未示出)连接至水泥罐(未示出)。 [0035] 采用这种系统，因为当补充新设备时，不需要对整个控制指令集421以及因此地控制过程的整个控制程序进行重新编程，可以更佳灵活的方式执行钻井操作、完井操作等的自动化。 |
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