Измерение нагрузки на крюк
Заявленное изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам для измерения нагрузки на крюк, создаваемой подвешенными элементами, при проведении, например, буровых работ. Предложенное устройство содержит первый зажим для троса и первую секцию устройства, соединенную с первым зажимом для троса. Устройство содержит второй зажим для троса и вторую секцию устройства, соединенную со вторым зажимом для троса. Вторая секция устройства подвижно соединена с первой секцией устройства. Устройство содержит первую часть измерительного устройства, соединенную с первой секцией устройства, вторую часть измерительного устройства, соединенную со второй секцией устройства, обрабатывающее устройство для обработки данных, соединенное с запоминающим устройством. Вычисление нагрузки на крюк осуществляется путем обработки значений расстояния без нагрузки между первой секцией устройства и второй секцией устройства. Технический результат заключается в повышении эффективности проведения измерений нагрузки на крюк в процессе эксплуатации. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 11 ил.
Уровень техники
[0001] При выполнении типовых буровых работ для добычи углеводородов бурильную колонну, буровое долото и другие элементы буровой системы подвешивают на крюк на поверхности для опускания в буровую скважину. Нагрузку на крюке, создаваемую подвешенными элементами (т. е. «нагрузку на крюк»), измеряют для различных целей, в том числе для контроля величины силы, прикладываемой буровым долотом к дну буровой скважины, которую называют нагрузкой на долото (WOB). Точное измерение нагрузки на крюк и нагрузки на долото важно для продления периода эксплуатации бурового долота, наряду с другими целями.
Краткое описание чертежей
[0002] На фиг. 1 показана буровая система, которая включает аспекты настоящего изобретения.
[0003] На фиг. 2 и 3 показано расположение устройства для измерения нагрузки на крюк в соответствии с аспектами настоящего изобретения.
[0004] На фиг . 4A и 4B показаны силы, действующие на буровой канат в соответствии с аспектами настоящего изобретения.
[0005] На фиг. 5 представлен перспективный вид устройства для измерения нагрузки на крюк, приведенного в качестве примера, в соответствии с аспектами настоящего изобретения.
[0006] На фиг. 6-8 представлены виды в разрезе вариантов осуществления устройств для измерения нагрузки на крюк, приведенных в качестве примеров, в соответствии с аспектами настоящего изобретения.
[0007] На фиг. 9 представлен вид в разрезе устройства для измерения нагрузки на крюк, приведенного в качестве примера, в соответствии с аспектами настоящего изобретения.
[0008] На фиг. 10 приведена блок-схема в соответствии с аспектами настоящего изобретения.
[0009] На фиг. 11 изображена среда в соответствии с аспектами настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
[0010] Система 5 для выполнения буровых работ (или «буровая система»), показанная на фиг. 1, может включать буровую установку 10 на поверхности 12, которая удерживает бурильную колонну 14. В одном или большем количестве вариантов осуществления бурильная колонна 14 представляет собой узел из секций бурильных труб, соединенных встык с помощью рабочей платформы 16. В альтернативных вариантах осуществления бурильная колонна вместо отдельных бурильных труб содержит колонну гибких труб. В одном или большем количестве вариантов осуществления буровое долото 18 соединено с нижним концом бурильной колонны 14 и при выполнении буровых работ долото 18 создает буровую скважину 20 в подземных формациях 22 и 24.
[0011] В одном или большем количестве вариантов осуществления буровая система 5 содержит буровой канат 26 для поднимания и опускания бурильной колонны 14 в буровую скважину 20. В одном или большем количестве вариантов осуществления буровой канат 26 наматывают на подъемник или лебедку 28. В одном или большем количестве вариантов осуществления буровой канат 26 проходит от подъемника 28 до кранового устройства 30. В альтернативных вариантах осуществления буровая система расположена в море и установлена на плавучую буровую установку. Буровой канат проходит от кранового устройства 30 до подвижного блока 32, обратно к крановому устройству 30 и к анкерному креплению 34. Крюк 36 соединяет подвижный блок 32 с бурильной колонной 14. Крановое устройство 30 и подвижный блок 32 выступают в качестве талевого устройства для обеспечения требуемого передаточного соотношения при поднимании и опускании и бурильной колонны 14. В одном или большем количестве вариантов осуществления буровой канат 26 содержит ходовой конец 38 талевого каната, который проходит от подъемника 28 до кранового устройства 30, и неподвижный конец 40 талевого каната, который проходит от кранового устройства 30 до анкерного крепления 34. В одном или большем количестве вариантов осуществления подающая катушка 42 содержит дополнительный отрезок бурового каната 26, который могут применить, когда буровой канат 26 эксплуатировали в течение некоторого времени и он изношен.
[0012] В одном или большем количестве вариантов осуществления устройство 44 для измерения нагрузки на крюк соединено с буровым канатом 26 для измерения силы натяжения бурового каната 26. В одном или большем количестве вариантов осуществления сигналы от устройства 44 для измерения нагрузки на крюк по кабелю 48 передают на обрабатывающее устройство 46 для обработки данных. В одном или большем количестве вариантов осуществления сигналы от устройства 44 для измерения нагрузки на крюк могут передавать на обрабатывающее устройство 46 для обработки данных по одному или большему количеству каналов беспроводной связи. Обрабатывающее устройство 46 для обработки данных может представлять собой часть системы обработки информации или вычислительного устройства. В контексте настоящего документа система обработки информации или вычислительное устройство может содержать обрабатывающее устройство для обработки данных и запоминающее устройство, например, энергонезависимый машиночитаемый носитель, соединенный с возможностью осуществления связи с обрабатывающим устройством для обработки данных. Запоминающее устройство может содержать набор команд, исполнение которых обрабатывающим устройством для обработки данных обуславливает выполнение обрабатывающим устройством 46 для обработки данных определенных действий или этапов. Эти наборы команд могут включать программу для обрабатывающего устройства или другое программное обеспечение. В некоторых вариантах осуществления энергонезависимый машиночитаемый носитель, например, CD-диск, DVD-диск, флеш-накопитель и т. д., независимый от системы обработки информации, может содержать набор команд или код вычислительной машины.
[0013] Обрабатывающее устройство 46 для обработки данных может быть соединено с запоминающим устройством, содержащим набор команд, которые обуславливают получение и обработку обрабатывающим устройством 46 для обработки данных выходных сигналов от устройства 44 для измерения нагрузки на крюк для определения нагрузки на крюк. Выходной сигнал может содержать сигнал напряжения или тока, генерируемый измерительным устройством 44, с амплитудой напряжения или сигналом тока, соответствующим удлинению бурового каната 26. Обработка выходных сигналов для определения нагрузки на крюк может включать промежуточный этап определения удлинения бурового каната 26 с помощью выходных сигналов, как это будет описано ниже. Затем обрабатывающее устройство 46 для обработки данных может использовать вычисленное значение нагрузки на крюк для, например, вычисления нагрузки на долото (WOB), которое применяют для принятия различных решений, касающихся выполнения буровых работ.
[0014] В одном или большем количестве вариантов осуществления, один из которых показан на фиг. 1, 2 и 3, устройство 44 для измерения нагрузки на крюк соединено с неподвижным концом 40 талевого каната. Неподвижный конец 40 талевого каната наматывают вокруг катушки (не показана) в анкерном креплении 34. Во время нормальной эксплуатации набор болтов 202 крепит неподвижный конец 40 талевого каната к анкерному креплению 34. Болты 202 могут быть раскреплены для «перетяжки бурового каната», при которой к буровому канату 26 добавляют новый кусок троса 204 из подающей катушки 42.
[0015] В одном или большем количестве вариантов осуществления, один из которых показан на фиг. 3, устройство 44 для измерения нагрузки на крюк содержит первый зажим 302 для троса и второй зажим 304 для троса. В одном или большем количестве вариантов осуществления первый зажим 302 для троса и второй зажим 304 для троса обернуты вокруг устройства 44 для измерения нагрузки на крюк и надежно фиксируют его на буровом канате 26. В одном или большем количестве вариантов осуществления первая секция 306 устройства соединена с первым зажимом 302 для троса, а вторая секция 308 устройства соединена с вторым зажимом 304 для троса. В одном или большем количестве вариантов осуществления устройство 44 для измерения нагрузки на крюк содержит измерительное устройство 310, которое генерирует описанный выше выходной сигнал. В одном или большем количестве вариантов осуществления измерительное устройство 310 соединено с первой секцией 306 устройства. В одном или большем количестве вариантов осуществления измерительное устройство 310 соединено со второй секцией 308 устройства. В одном или большем количестве вариантов осуществления (описанных в отношении фиг. 6-9) измерительное устройство 310 содержит первую часть измерительного устройства, которая соединена с первой секцией 306 устройства, и вторую часть измерительного устройства, которая соединена со второй секцией 308 устройства.
[0016] В одном или большем количестве вариантов осуществления по меньшей мере часть устройства 44 для измерения нагрузки на крюк изготовлена из легко перемещаемого материала, например, пластмассы, армированной стекловолокном, анодированного алюминия, нейлона, DELRIN®, предлагаемого компанией E.I. du Pont de Nemours and Company (термопластичную пластмассу также предлагают под другими наименованиями, например, это CELCON®, предлагаемая компанией Celanese Corporation, DURACON®, предлагаемая компанией Polyplastics Co., Ltd., и HOSTAFORM®, предлагаемая компанией Hoechst Aktiengesellschaft), ABS (акрилонитриловый сополимер стирола с бутадиеном — термопластичная пластмасса) или HDPE (полиэтилен высокой плотности низкого давления).
[0017] В одном или большем количестве вариантов осуществления первая секция 306 устройства и вторая секция 308 устройства перемещаются относительно друг друга, когда прикреплены к буровому канату 26, но скреплены таким образом, что их можно легко перемещать, как это описано ниже в отношении фиг. 4-6. В одном или большем количестве вариантов осуществления первая секция 306 устройства и вторая секция 308 устройства прикреплены к буровому канату 26 с помощью первого зажима 302 для троса и второго зажима 304 для троса, соответственно, в легко достижимом месте, которое, в одном или большем количестве вариантов осуществления, расположено выше анкерного крепления 34.
[0018] В одном или большем количестве вариантов осуществления выходной сигнал, генерируемый измерительным устройством 310, зависит от удлинения бурового каната 26, например, на расстояние «d» между первой секцией 306 устройства и второй секцией 308 устройства (могут применять начальные точки, отличные от показанных на фиг. 3).
[0019] Со ссылкой на фиг. 4A и 4B получают уравнение для удлинения, приведенное ниже. На фиг. 4A изображена модель бурового каната 26, один конец которого удерживает анкерное крепление 34 (изображенное на фиг. 4A и 4B в виде блока и более реалистично показанное на фиг. 2), а буровой канат 26 изображен в виде стержня. Полагают, что крановое устройство 30 и подвижный блок 32 не влияют на анализ, поэтому они не показаны. Буровой канат 26 имеет начальную длину L0 и согласно фиг. 4A к его нижнему концу не прилагают силу (в точке x = 0), следовательно буровой канат 26 не нагружен или находится под резервной нагрузкой. Первая секция 306 устройства прикреплена к буровому канату 26 в точке x = l1, а вторая секция 308 устройства прикреплена к буровому канату 26 в точке x = l2.
[0020] Согласно фиг. 4B к буровому канату 26 прилагают нагрузку P1 (например, буровой канат 26 начинает опускать бурильную колонну 14 в буровую скважину 20). Буровой канат 26 растягивается до длины L1 и первая секция 306 устройства прикреплена к буровому канату 26 в точке x = l3, а вторая секция 308 устройства прикреплена к буровому канату 26 в точке x = l4.
[0021] Величина удлинения, которая может быть определена первой секцией 306 устройства и второй секцией 308 устройства, составляет:
(1)
[0022] Величина удлинения может быть определена с помощью закона Гука:
(2)
где
A представляет собой площадь поперечного сечения бурового каната 26, которая принимается постоянной, а
E представляет собой модуль упругости материала, из которого изготовлен буровой канат 26.
Следует отметить, что уравнение (2) не учитывает удлинения, отличные от упругого удлинения. Т. е. принимают, что неупругое удлинение, удлинение, возникающее из-за поворота или износа, удлинение, возникающее из-за теплового расширения и сжатия, и т. д. минимальны.
[0023] Поскольку P1, A и E являются константами, уравнение (2) может быть записано в следующем виде:
(3)
Решая интеграл и определяя его в пределах области интегрирования получим:
(4)
Решение для P1:
(5)
[0024] Согласно уравнению (5) нагрузка на крюк P1 пропорциональна отношению изменения расстояния между первой секцией 306 устройства и второй секцией 308 устройства, вызванного нагрузкой (т. e. d или «расстояние под нагрузкой»), и расстояния без нагрузки между первой секцией 306 устройства и второй секцией устройства (т. e. l1 – l2).
[0025] В одном или большем количестве вариантов осуществления расстояние без нагрузки между первой секцией 306 устройства и второй секцией устройства (т. e. l1 – l2) устанавливают в соответствии с применяемым способом измерения (например, способами, описанными ниже по фиг. 6-8), точностью, требуемой для измерительного устройства 310, и удобством прикрепления измерительного устройства 310 к буровому канату 26. Как видно из уравнения (5), при установке l1 – l2 в низкое значение вычисление P1 более чувствительно к измерению d, чем при установке l1 – l2 в высокое значение.
[0026] В одном или большем количестве вариантов осуществления измерительное устройство 310 не нагружает и не растягивает буровой канат 26. В частности, измерительное устройство не зажимает и иначе не деформирует буровой канат 26.
[0027] В одном или большем количестве вариантов осуществления в измерительном устройстве 310 могут применять волоконнооптический световод, лазер, индуктивные компоненты или линейно регулируемые трансформаторы. В одном или большем количестве вариантов осуществления выходной сигнал от измерительного устройства, соответствующий удлинению бурового каната 26, принимает обрабатывающее устройство 46 для обработки данных. Как описано выше, выходной сигнал может содержать сигнал напряжения или тока, генерируемый измерительным устройством 310, с амплитудой напряжения или сигналом тока, соответствующим удлинению бурового каната 26. После получения сигнала обрабатывающее устройство 46 для обработки данных может вычислять удлинение и нагрузку на крюк на основании выходного сигнала или может передавать или иным способом предоставлять принятый выходной сигнал и/или вычисленное значение удлинения на вторую систему обработки информации, которая может вычислять нагрузку на крюк. В одном или большем количестве вариантов осуществления обрабатывающее устройство 46 для обработки данных или вторая система обработки информации может производить дифференциальные вычисления на основании вычисленного значения нагрузки на крюк, которые будут тем точнее, чем выше точность устройства 44 для измерения нагрузки на крюк, что, таким образом, будет положительно сказываться на осуществлении буровых работ.
[0028] В одном или большем количестве вариантов осуществления, показанных на фиг. 5, первая секция 306 устройства 44 для измерения нагрузки на крюк содержит головку 502 датчика, головку 504 преобразователя и направляющую 506 стержня. В одном или большем количестве вариантов осуществления головка 502 датчика соединена с первым зажимом 302 для троса, который показан на фиг. 5 как состоящий из двух частей для надежности крепления на буровом канате 26. В одном или большем количестве вариантов осуществления головка 504 преобразователя жестко соединена с головкой 502 датчика. В одном или большем количестве вариантов осуществления направляющая 506 стержня подвижно соединена с направляющей 506 преобразователя, в которую направляющая 506 стержня может телескопически вдвигаться и телескопически выдвигаться из нее. В одном или большем количестве вариантов осуществления стержень 508 подвижно соединен с направляющей 506 стержня. В одном или большем количестве вариантов осуществления гайку 510 стержня зажимают для фиксации стержня 508 на месте. В одном или большем количестве вариантов осуществления положение стержня 508 относительно направляющей 506 стержня можно регулировать, ослабив гайку 510 стержня, вдвинув или выдвинув стержень 508 относительно направляющей 506 стержня в требуемое местоположение и затянув гайку 510 стержня.
[0029] На фиг. 6 показан вид в разрезе одного или большего количества вариантов осуществления устройства 44 для измерения нагрузки на крюк, в котором головка 502 датчика, направляющая 504 преобразователя и направляющая 506 стержня показаны пунктирными линиями для лучшей видимости внутреннего механизма. В одном или большем количестве вариантов осуществления устройство 44 для измерения нагрузки на крюк содержит преобразователь 602 линейных перемещений. В одном или большем количестве вариантов осуществления преобразователь 602 линейных перемещений содержит опорный стержень 604, который соединен со скобой 606, которая соединена с первым зажимом 302 для троса. В одном или большем количестве вариантов осуществления преобразователь 602 линейных перемещений содержит стержень 608 преобразователя, который соединен со стержнем 506. Преобразователь 602 линейных перемещений может быть соединен с возможностью осуществления связи с обрабатывающим устройством для обработки данных, например, по кабелю 48, несмотря на то, что это соединение не показано для упрощения чертежа.
[0030] Как показано на фиг. 6:
▪ первая секция 306 устройства может содержать скобу 606, головку 502 датчика и направляющую 504 преобразователя и может быть соединена с первым зажимом 302 для троса,
▪ вторая секция 308 устройства может содержать направляющую 506 стержня и может быть соединена со вторым зажимом 304 для троса,
▪ первая часть 614 измерительного устройства может содержать преобразователь 602 линейных перемещений, опорный стержень 604 и стержень 608 преобразователя, который может быть соединен с первой секцией 306 устройства, а
▪ вторая часть 616 измерительного устройства может содержать стержень 508 и может быть соединена со второй секцией 308 устройства.
[0031] В ходе эксплуатации, когда буровой канат 26 удлиняют или сжимают, расстояние между первым зажимом 302 для троса и вторым зажимом 304 для троса изменяется. Изменение положения первого зажима 302 для троса относительно второго зажима 304 для троса вызывает перемещение направляющей 506 стержня относительно головки 502 датчика. Поскольку стержень 508 зафиксирован на направляющей 506 стержня с помощью гайки 510 стержня, стержень 508 перемещает стержень 608 преобразователя в преобразователь 602 линейных перемещений и из него. Преобразователь 602 линейных перемещений определяет перемещение стержня 608 преобразователя и генерирует сигнал, который отражает это перемещение. Результирующий сигнал передают на машину 46 для обработки данных по кабелю 48.
[0032] На фиг. 7 показаны аспекты устройства 44 для измерения нагрузки на крюк, в котором головка 502 датчика, направляющая 504 преобразователя и направляющая 506 стержня показаны пунктирными линиями для лучшей видимости внутреннего механизма, как и на фиг. 6. В одном или большем количестве вариантов осуществления устройство 44 для измерения нагрузки на крюк содержит опторефлекторный датчик 702. В одном или большем количестве вариантов осуществления устройство 44 для измерения нагрузки на крюк также содержит рефлектор 704, соединенный со стержнем 508.
[0033] Как показано на фиг. 7:
• первая секция 306 устройства может содержать головку 502 датчика и направляющую 504 преобразователя и может быть соединена с первым зажимом 302 для троса,
• вторая секция 308 устройства может содержать направляющую 506 стержня и может быть соединена со вторым зажимом 304 для троса,
• первая часть 706 измерительного устройства может содержать опторефлекторный датчик и может быть соединена с первой секцией 306 устройства, а
• вторая часть 708 измерительного устройства может содержать стержень 508 и рефлектор 704 и может быть соединена со второй секцией 308 устройства.
[0034] В ходе эксплуатации, когда буровой канат 26 удлиняют или сжимают, расстояние между первым зажимом 302 для троса и вторым зажимом 304 для троса изменяется. Изменение положения первого зажима 302 для троса относительно второго зажима 304 для троса вызывает перемещение направляющей 506 стержня относительно головки 502 датчика. Поскольку стержень 508 зафиксирован на направляющей 506 стержня с помощью гайки 510 стержня, стержень 508 перемещает рефлектор 704 относительно опторефлектора 702. Опторефлектор 702 излучает световой сигнал, например, лазерный луч, который отражается от рефлектора 704 обратно к опторефлекторному датчику 702. Опторефлекторный датчик 702 определяет расстояние между опторефлекторным датчиком 702 и рефлектором 704 на основании времени прохождения светового сигнала. Вычисленное расстояние передают на машину 46 для обработки данных по кабелю 48 (не показан на фиг. 7).
[0035] На фиг. 8 показан один или большее количество аспектов устройства 44 для измерения нагрузки на крюк, в котором головка 502 датчика, направляющая 504 преобразователя и направляющая 506 стержня показаны пунктирными линиями для лучшей видимости внутреннего механизма. В одном или большем количестве вариантов осуществления устройство 44 для измерения нагрузки на крюк содержит антенну 802, поддерживаемую скобой 804, которая соединена с первым зажимом 302 для троса через опору 806 антенны. В одном или большем количестве вариантов осуществления устройство 44 для измерения нагрузки на крюк содержит целевой элемент 808, который соединен со стержнем 508 таким образом, что целевой элемент 808 перемещается относительно антенны 802, когда первый зажим 302 для троса перемещается относительно второго зажима 304 для троса при удлинении или сжимании бурового каната 26. В одном или большем количестве вариантов осуществления целевой элемент 808 смещен относительно антенны 802, как показано на фиг. 9. В одном или большем количестве вариантов осуществления антенна 802 и целевой элемент 808 представляют собой индуктивный преобразователь линейных перемещений, который индуктивно измеряет положение целевого элемента 808 относительно антенны 802. В одном или большем количестве вариантов осуществления антенна 802 предоставляет данные об относительном положении на машину 46 для обработки данных по кабелю 48 (не показан на фиг. 8).
[0036] Как показано на фиг. 8 и 9:
• первая секция 306 устройства может содержать скобу 804, опору 806 антенны, головку 502 датчика и направляющую 504 преобразователя и может быть соединена с первым зажимом 302 для троса,
• вторая секция 308 устройства может содержать направляющую 506 стержня и может быть соединена со вторым зажимом 304 для троса,
• первая часть 810 измерительного устройства может содержать антенну 802 и может быть соединена с первой секцией 306 устройства, а
• вторая часть 812 измерительного устройства может содержать стержень 508 и целевой элемент 808 и может быть соединена со второй секцией 308 устройства.
[0037] В одном или большем количестве вариантов осуществления (не показаны на фигурах чертежей) устройство 44 для измерения нагрузки на крюк содержит интерферометр белого света для измерения расстояния между первой секцией 306 устройства и второй секцией 308 устройства.
[0038] В одном или большем количестве вариантов осуществления (не показаны на фигурах чертежей) устройство 44 для измерения нагрузки на крюк содержит два жгута оптических волокон. В одном или большем количестве вариантов осуществления свет, рассеиваемый одним жгутом, воспринимает другой жгут и рефлектометрию воспринятого света анализируют для измерения расстояния между первой секцией 306 устройства и второй секцией 308 устройства.
[0039] В одном или большем количестве вариантов осуществления (не показаны на фигурах чертежей) устройство 44 для измерения нагрузки на крюк содержит соленоидную катушку, имеющую продольную ось и канал, проходящий по продольной оси, соединенную с первой секцией 306 устройства, и ферромагнитный стержень, соединенный со второй секцией 308 устройства. В одном или большем количестве вариантов осуществления ферромагнитный стержень проходит в канал соленоидной катушки на величину, соотносящуюся с расстоянием между первой секцией устройства и второй секцией устройства. В одном или большем количестве вариантов осуществления индуктивность соленоидной катушки зависит от расстояния, на которое ферромагнитный стержень проходит в ее канал. В одном или большем количестве вариантов осуществления индуктивность измеряют для определения параметра d.
[0040] В одном или большем количестве вариантов применения, например, показанном на фиг. 10, буровой канат 26 освобождают от нагрузки или нагружают «резервной нагрузкой» (блок 1002), т. e. для выполнения этой функции отсоединяют буровой канат 26 от бурильной колонны 14 или сцепляют с конструкцией на буровой установке (не показана). В одном или большем количестве вариантов осуществления устройство для измерения нагрузки на крюк прикрепляют к буровому канату 26 (блок 1004), как показано, например, на фиг. 2, 3 и 5-9. В одном или большем количестве вариантов осуществления начальное измерительное расстояние (т. e. l1 – l2 в уравнении (5)) устанавливают одним из способов, описанных выше (блок 1006). В одном или большем количестве вариантов осуществления буровой канат нагружают (блок 1008), например, соединяя буровой канат 26 с бурильной колонной 14. В одном или большем количестве вариантов осуществления измеряют измерительное расстояние с нагрузкой (т. e. d в уравнении (5)). В одном или большем количестве вариантов осуществления нагрузку на крюк (P1) вычисляют с помощью уравнения (5).
[0041] В одном или большем количестве вариантов осуществления, показанных на фиг. 11, устройством 44 для измерения нагрузки на крюк управляют с помощью программного обеспечения в виде программы для обрабатывающего устройства на энергонезависимом машиночитаемом носителе 1105, например, CD-диске, DVD-диске, USB-накопителе, внешнем жестком диске или другом переносимом запоминающем устройстве. В одном или большем количестве вариантов осуществления машина 1110 для обработки данных, которая может быть подобна машине 46 для обработки данных или может быть включена в машину 46 для обработки данных, считывает программу для обрабатывающего устройства с машиночитаемого носителя 1105 посредством устройства 1115 ввода/вывода и сохраняет ее в запоминающем устройстве 1120, где ее подготавливают к выполнению путем компиляции и компоновки, если это необходимо, а затем выполняют. В одном или большем количестве вариантов осуществления ввод данных в систему выполняют с помощью устройства 1115 ввода/вывода, например, клавиатуры или кнопочной панели, мыши, сенсорной панели, сенсорного экрана и т. д., и выполняют вывод данных с помощью устройства 1115 ввода/вывода, например, монитора или принтера. В одном или большем количестве вариантов осуществления система сохраняет результаты вычислений в запоминающее устройство 1120 или модифицирует такие вычисления, которые уже существуют в запоминающем устройстве 1120.
[0042] В одном или большем количестве вариантов осуществления к результатам вычислений, которые находятся в запоминающем устройстве 1120, открывают доступ по сети 1125 для удаленного центра 1130 управления в режиме реального времени. В одном или большем количестве вариантов осуществления удаленный центр 1130 управления в режиме реального времени открывает доступ по сети 1135 к результатам вычислений, которые могут быть полезными при планировании нефтяных скважин 1140 или при бурении нефтяных скважин 1140.
[0043] Упоминание в описании фраз «один или большее количество вариантов осуществления», «один вариант осуществления», «один из вариантов осуществления», «приведенный в качестве примера вариант осуществления» и т. д. указывает на то, что описанный вариант осуществления может включать конкретный признак, конструкцию или характеристику, но каждый вариант осуществления не обязательно включает этот конкретный признак, конструкцию или характеристику. Кроме того, такие фразы не обязательно относятся к одному и тому же варианту осуществления. Кроме того, если конкретный признак, конструкцию или характеристику описывают в отношении варианта осуществления, предполагают возможность реализации такого признака, конструкции или характеристики специалистом со средним уровнем знаний в данной области техники в отношении других вариантов осуществления независимо от того, описаны ли они в явном виде.
[0044] Варианты осуществления настоящего изобретения включают признаки или способы, которые могут быть воплощены в машиноисполняемых командах, которые хранят на машиночитаемом носителе. Машиночитаемый носитель включает любой механизм, который обеспечивает (т. е. хранит и/или передает) информацию в форме, доступной для машины (например, обрабатывающего устройства, сетевого устройства, персонального цифрового ассистента, промышленного инструмента, любого устройства с набором из одного или большего количества машин для обработки данных и т. д.). В одном из примеров осуществления машиночитаемый носитель включает постоянный энергозависимый и/или энергонезависимый носитель (например, постоянное запоминающее устройство (ROM), запоминающее устройство с произвольным порядком выборки (RAM), накопитель на магнитных дисках, оптический накопитель, флэш-ПЗУ и т. д.), а также кратковременные электрические, оптические, акустические сигналы или распространяющиеся сигналы других форм (например, несущие волны, инфракрасные сигналы, цифровые сигналы и т. д.).
[0045] Такие команды применяют для инициирования выполнения запрограммированной с помощью команд универсальной или специализированной машиной для обработки данных способов вариантов осуществления настоящего изобретения. Альтернативно, признаки или операции вариантов осуществления настоящего изобретения выполняют с помощью специализированных компонентов аппаратного обеспечения, которые содержат реализованную в виде схемы логику для выполнения операций, или с помощью любой комбинации программируемых компонентов обработки данных и специализированных компонентов аппаратного обеспечения. Один или большее количество вариантов осуществления настоящего изобретения включают программное обеспечение, аппаратное обеспечение для обработки данных, способы, реализуемые в системе обработки данных, и различные операции по обработке, описанные далее в настоящем документе.
[0046] Одна или большее количество фигур изображают блок-схемы систем и устройств системы для контроля нагрузки на крюк в соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления настоящего изобретения. Одна или большее количество фигур изображают блок-схемы, иллюстрирующие операции контроля нагрузки на крюк, в соответствии с одним или большим количеством вариантов осуществления настоящего изобретения. Операции описаны по блок-схемам в отношении систем/устройств, показанных на этих блок-схемах. Однако следует понимать, что операции, описанные по этим блок-схемам, могут быть выполнены с помощью вариантов осуществления систем и устройств, отличных от тех, которые были рассмотрены со ссылкой на эти блок-схемы, а варианты осуществления, которые были рассмотрены в отношении этих систем/устройств, могут предполагать выполнение операций, отличных от тех, которые были рассмотрены со ссылкой на эти блок-схемы.
[0047] Ввиду большого разнообразия комбинаций вариантов осуществления, описанных в данном документе, данное подробное описание предназначено только для иллюстрации и его не следует рассматривать как ограничивающие объем настоящего изобретения. Формула изобретения, таким образом, включает все такие модификации, которые не предполагают отступления от объема и сущности нижеследующей формулы изобретения и ее эквивалентов. Следовательно, описание и чертежи следует рассматривать в иллюстративном, а не ограничительном смысле.
[0048] Слово «соединенный» в данном контексте обозначает прямое соединение или непрямое соединение.
[0049] Вышеприведенный текст описывает один или большее количество конкретных вариантов осуществления полного изобретения. Настоящее изобретение также может быть реализовано в различных альтернативных вариантах осуществления, и, таким образом, не ограничивается вариантами, описанными в данном документе. Вышеприведенное описание варианта осуществления настоящего изобретения было представлено в целях иллюстрации и описания. Оно не претендует на исчерпывающий характер и не ограничивает изобретение конкретной раскрытой формой. На основании вышеизложенных идей могут быть предложены многочисленные модификации и вариации. Предполагается, что объем настоящего изобретения ограничивается не этим подробным описанием, а прилагаемой к нему формулой изобретения.
1. Способ для измерения нагрузки на крюк, включающий:
измерение, когда буровой канат не нагружен, расстояния без нагрузки между:
первой секцией устройства, соединенной с буровым канатом в первой точке на буровом канате, и
второй секцией устройства, соединенной с буровым канатом во второй точке на буровом канате;
измерение, когда буровой канат нагружен бурильной колонной, расстояния под нагрузкой между первой секцией устройства и второй секцией устройства;
вычисление нагрузки на крюк с использованием значений расстояния без нагрузки и расстояния под нагрузкой.
2. Способ по п. 1, дополнительно включающий:
освобождение бурового каната от нагрузки;
соединение первой секции устройства с буровым канатом в первой точке на буровом канате и
соединение второй секции устройства с буровым канатом во второй точке на буровом канате.
3. Способ по п. 1, согласно которому измерение включает применение способа, выбираемого из группы, состоящей из:
измерения интерференции света, проходящего между первой секцией устройства и второй секцией устройства;
измерения времени прохождения света между первой секцией устройства и второй секцией устройства;
измерения положения стержня преобразователя в линейном преобразователе;
измерения индуктивности соленоидной катушки в первой секции устройства, на которое влияет расстояние, проходимое стержнем, соединенным со второй секцией устройства, внутрь катушки; и
измерения взаимодействия между первой катушкой, соединенной с первой секцией устройства, и второй катушкой, соединенной со второй секцией устройства.
4. Способ по п. 1, согласно которому вычисление нагрузки на крюк включает:
вычисление:
,
где
P1 представляет собой нагрузку на крюк,
А представляет собой площадь поперечного сечения бурового
каната,
Е представляет собой модуль продольной упругости материала, из которого изготовлен буровой канат,
l1 - l2 представляет собой расстояние без нагрузки, а d представляет собой расстояние под нагрузкой.
5. Система для измерения нагрузки на крюк, содержащая:
буровую систему, содержащую буровой канат;
первую секцию устройства, соединенную с буровым канатом в первой точке на буровом канате,
вторую секцию устройства, соединенную с буровым канатом во второй точке на буровом канате;
обрабатывающее устройство для обработки данных, соединенное с возможностью осуществления связи с запоминающим устройством; и
программу для вычислительной машины, содержащую исполнимые команды, хранимые на запоминающем устройстве, исполнение которых обуславливает выполнение обрабатывающим устройством для обработки данных способа, включающего:
определение на основании первого выходного сигнала от измерительного устройства, когда буровой канат не нагружен, расстояния без нагрузки между первой секцией устройства и второй секцией устройства, соединенными с буровым канатом;
определение на основании второго выходного сигнала от измерительного устройства, когда буровой канат нагружен бурильной колонной, расстояния под нагрузкой между первой секцией устройства и второй секцией устройства; и
вычисление нагрузки на крюк с использованием значений расстояния без нагрузки и расстояния под нагрузкой.
6. Система по п. 5, в которой измерительное устройство содержит:
первую часть измерительного устройства, соединенную с первой секцией устройства; и
вторую часть измерительного устройства, соединенную со второй секцией устройства.
7. Система по п. 5, в которой измерительное устройство содержит:
преобразователь линейных перемещений, соединенный с первой секцией
устройства; и
стержень преобразователя, соединенный с преобразователем линейных перемещений и выполненный с возможностью перемещения относительно первой секции устройства;
причем преобразователь линейных перемещений определяет положение стержня преобразователя относительно первой секции устройства; и
относительное перемещение между первой секцией устройства и второй секцией устройства вызывает перемещение стержня преобразователя относительно первой секции устройства.
8. Система по п. 5, в которой измерительное устройство содержит:
рефлектор, соединенный со второй секцией устройства; и
опторефлекторный датчик, соединенный с первой секцией устройства;
причем опторефлекторный датчик определяет расстояние между опторефлекторным датчиком и рефлектором.
9. Система по п. 5, в которой измерительное устройство содержит:
антенну, соединенную с первой секцией устройства;
целевой элемент, соединенный со второй секцией устройства;
причем антенна индуктивно определяет положение целевого элемента.
10. Система по п. 5, в которой измерительное устройство содержит:
соленоидную катушку, соединенную с первой секцией устройства;
причем соленоидная катушка имеет:
продольную ось и
канал, проходящий по продольной оси;
ферромагнитный стержень, соединенный со второй секцией устройства;
причем ферромагнитный стержень проходит в канал соленоидной катушки на величину, соотносящуюся с расстоянием между первой секцией устройства и второй секцией устройства.
