BR102018071690A2 - Aparelho e método para encontrar acoplamento de ferramenta - Google Patents

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Abstract

um aparelho para identificar uma conexão de acoplamento de ferramenta é divulgado compreendendo um sistema de varredura configurado para varrer um exterior de uma coluna de perfuração, pelo menos um sensor de medição de distância montado em uma plataforma móvel e um computador conectado ao sistema de varredura e o pelo menos um sensor de medição de distância, em que o computador é configurado para receber dados a partir de uma varredura do exterior da coluna de perfuração e comparar os dados a partir da varredura a uma referência para determinar a presença da conexão de acoplamento de ferramenta.

Description

APARELHO E MÉTODO PARA ENCONTRAR ACOPLAMENTO DE FERRAMENTA
CAMPO DA INVENÇÃO [001] Aspectos da divulgação refere-se às tecnologias de perfuração. Mais especificamente, os aspectos da divulgação referem-se a aparelhos e métodos para encontrar um acoplamento de ferramenta de uma coluna de perfuração.
INFORMAÇÕES ANTECEDENTES [002] A perfuração de hidrocarbonetos na indústria de energia requer muitas ferramentas especializadas para permitir a produção dos hidrocarbonetos procurados. As ferramentas especializadas permitem que a perfuração avance em ritmo acelerado. O ritmo rápido é necessário, pois os custos de produção de poços podem ser excessivamente caros durante o processo de perfuração.
[003] A eficiência de perfuração é mais comumente determinada pela taxa de penetração (ROP) da coluna de perfuração no estrato geológico. Os esforços da indústria para aumentar a ROP para níveis nunca alcançados continuam. Em certas condições econômicas, por exemplo, se o preço de um barril de petróleo hipotético for baixo, algumas reservas podem não ser capazes de ser economicamente recuperadas se a ROP estiver abaixo de um determinado limiar. Para abrir mais campos potenciais de hidrocarbonetos à exploração ou para perfurar em campos estabelecidos onde a economia é incerta, o aumento da ROP pode permitir que os proprietários do campo desenvolvam o campo a custos competitivos, permitindo maiores lucros para os perfuradores e gerentes de campo.
[004] À medida que a tecnologia aumenta, há o desejo de automatizar certas funções do processo de perfuração, a fim
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2/29 de remover ineficiências. Idealmente, se todo o processo de perfuração puder ser automatizado, então muitas ineficiências podem ser removidas e uma saída econômica ótima pode ser alcançada. Tais funções de perfuração automatizadas, no entanto, não são alcançáveis com a tecnologia atual. Os trabalhadores estão acostumados a realizar muitas tarefas que precisam ser realizadas porque as montagens robóticas não podem ser projetadas para abordar todos os diferentes cenários que os operadores de plataformas de perfuração encontram diariamente.
[005] Uma das tarefas mais básicas que os trabalhadores executam em plataformas de perfuração é a criação de um comprimento cada vez maior de tubos, com uma broca de perfuração no final, para remover o material a partir do fundo de um furo de poço. Conforme o progresso da perfuração continua, mais tubos são adicionados ao comprimento total do tubo, chamado de coluna de perfuração. Cada comprimento sucessivo de tubo que é adicionado à coluna de perfuração deve ser fixado com firmeza à coluna de perfuração existente, de modo que o tubo não recue ou fique solto na coluna de perfuração. Como resultado, fazer ou estabelecer a conexão entre um tubo de perfuração e toda a coluna de perfuração é extremamente importante para o processo de perfuração geral.
[006] Ferramentas hidráulicas, chamadas tenazes, podem torcer o acoplamento de ferramenta para um nível de torque específico estabelecido pelo engenheiro do poço, mas até o momento, o estabelecimento desse acoplamento de ferramenta é realizado pela identificação visual das extremidades do tubo. O estabelecimento do acoplamento de ferramenta, na verdade, é governado pela geometria do tubo, incluindo o
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3/29 diâmetro de tubo total, a espessura de tubo, o ângulo de perfuração, o material de tubo e outros fatores. A extremidade de recepção no final da coluna de perfuração, chamada de caixa, aceita uma extremidade de tubo de perfuração, chamada pino. Cada uma caixa e o pino tem configurações conectivas correspondentes, como um determinado número de roscas por polegada para o acoplamento de ferramenta. O número de roscas por polegada, e o torque do acoplamento de ferramenta estabelecem a resistência da conexão.
[007] Como pode ser facilmente visto, o ambiente que a plataforma de perfuração encontra pode ser muito desafiador. As plataformas de perfuração devem ser capazes de resistir a extremos de temperatura e condições para recuperar os hidrocarbonetos. Os ambientes podem variar de ambientes de areia e granulares a ambientes de lama, argila e silte. Esses ambientes desempenham papéis importantes nas funções de perfuração. Os ambientes que são frequentemente encontrados encrustam lama, lodo ou argila sobre a superfície da coluna de perfuração. Este efeito de revestimento pode esconder o acoplamento de ferramenta estabelecido ou pode impedir o estabelecimento do acoplamento de ferramenta durante o processo de torque.
[008] Existe uma necessidade, portanto, de aumentar a velocidade na qual o processo de perfuração pode prosseguir para aumentar a economia do processo de perfuração.
[009] Existe uma necessidade adicional de eliminar as ineficiências no processo de perfuração para permitir que os campos marginais sejam economicamente recuperados.
[0010] Existe ainda uma necessidade adicional de
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4/29 fornecer um arranjo para encontrar um acoplamento de ferramenta e um método para tratar um ferramenta em vários climas e ambientes, acoplamento de de uma maneira segura e eficaz.
SUMÁRIO [0011] Para que a maneira pela qual os recursos citados acima da presente divulgação possam ser entendidos em detalhes, uma descrição mais particular da divulgação, brevemente resumida abaixo, pode ser feita por referência a modalidades, algumas das quais são ilustradas nos desenhos anexos. Deve ser notado que os desenhos anexos ilustram apenas modalidades típicas desta divulgação e não são, portanto, considerados como limitativos do seu âmbito, uma vez que a divulgação pode admitir outras modalidades igualmente eficazes sem recitação específica. Por conseguinte, o seguinte sumário fornece apenas alguns aspectos da descrição e não deve ser usado para limitar as modalidades descritas a um único conceito.
[0012] Em uma modalidade não limitativa, um método para identificar um recurso de uma coluna de perfuração é divulgado compreendendo posicionar um sistema de varredura ao longo da coluna de perfuração, o sistema de varredura tendo pelo menos um arranjo configurado para varrer a coluna de perfuração, varrer um exterior da coluna de perfuração com o sistema de varredura para obter dados de varredura, transmitir os dados de varredura para um computador, analisar os dados de varredura com o computador por comparar os dados de varredura com um conjunto de dados de treinamento e produzir uma saída a partir do computador para um usuário indicando onde uma localização de acoplamento de ferramenta
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5/29 na coluna de perfuração está presente.
[0013] Em outra modalidade não limitativa, um aparelho para identificar uma conexão de acoplamento de ferramenta é divulgado compreendendo um sistema de varredura configurado para varrer um exterior de uma coluna de perfuração, pelo menos um sensor de medição de distância montado em uma plataforma móvel e um computador conectado ao sistema de varredura e o pelo menos um sensor de medição de distância, em que o computador é configurado para receber dados a partir de uma varredura do exterior da coluna de perfuração e comparar os dados a partir da varredura para uma referência para determinar uma presença da conexão de acoplamento de ferramenta.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0014] De modo que a maneira pela qual os recursos citados acima da presente divulgação possam ser entendidos em detalhe, pode ser obtida uma descrição mais particular da divulgação, brevemente resumida acima, por referência a modalidades, algumas das quais são ilustradas nos desenhos anexos. Deve ser notado, no entanto, que os desenhos anexos ilustram apenas modalidades típicas desta divulgação e não são, portanto, considerados como limitativos do seu âmbito, uma vez que a divulgação pode admitir outras modalidades igualmente eficazes.
[0015] A Figura 1A é um diagrama de uma montagem de acionamento de topo que é usado para colocar colunas de perfuração em estratos geológicos.
[0016] As Figuras 1B, 1C e 1E são diagramas das conexões de caixa e pino da técnica anterior para uma coluna de perfuração. A Figura 1D é um diagrama de uma conexão de
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6/29 caixa e pino separada.
[0017] A Figura 2A, 2B e 2C são seções transversais de vários tipos de tubos de perfuração da técnica anterior.
[0018] A Figura 3 é um diagrama usando formas para demonstrar uma diferença entre conjuntos de dados positivos e conjuntos de dados negativos.
[0019] A Figura 4 é um diagrama de um estágio de treinamento em uma modalidade de exemplo da divulgação.
[0020] A Figura 5 é um diagrama de um estágio de teste de uma modalidade de exemplo da divulgação.
[0021] A Figura 6 é um diagrama de uma geometria para calcular a altura de um acoplamento de ferramenta.
[0022] A Figura 7A, 7B, 7C e 7D são diagramas de curvatura de um acoplamento de ferramenta.
[0023] A Figura 8 é um diagrama de um intervalo mínimo e máximo central usado para encontrar uma conexão de acoplamento de ferramenta.
[0024] A Figura 9 é um diagrama das vistas de plano z e plano x de um acoplamento de ferramenta.
[0025] A Figura 10 é um diagrama de um sistema usado para determinar uma conexão de acoplamento de ferramenta.
[0026] A Figura 11 é um fluxograma de um método de um aspecto descrito da divulgação.
[0027] Para facilitar a compreensão, números de referência idênticos foram usados, quando possível, para designar elementos idênticos que são comuns às figuras. Está contemplado que os elementos divulgados em uma modalidade podem ser utilizados beneficamente em outras modalidades sem recitação específica.
DESCRIÇÃO DETALHADA
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7/29 [0028] Na descrição seguinte, é feita referência a modalidades da divulgação. Deve ser entendido, no entanto, que a divulgação não está limitada a modalidades específicas descritas. Em vez disso, qualquer combinação dos seguintes recursos e elementos, quer relacionados a diferentes modalidades ou não, é contemplada para implementar e praticar a divulgação. Além disso, embora as modalidades da divulgação possam alcançar vantagens sobre outras soluções possíveis e / ou sobre a técnica anterior, se uma vantagem particular é ou não conseguida por uma dada modalidade não é limitativo da divulgação. Assim, os aspectos, recursos, modalidades e vantagens seguintes são meramente ilustrativos e não são considerados elementos ou limitações das reivindicações anexas, exceto quando explicitamente recitado em uma reivindicação. Da mesma forma, a referência à divulgação não deve ser interpretada como uma generalização de uma matéria inventiva aqui divulgada e não deve ser considerada como um elemento ou limitação das reivindicações anexas, exceto quando explicitamente recitado em uma reivindicação.
[0029] Algumas modalidades serão agora descritas com referência às figuras. Elementos semelhantes nas várias figuras serão referenciados com números semelhantes para consistência. Na descrição seguinte, são apresentados numerosos detalhes para fornecer uma compreensão de várias modalidades e / ou recursos. Será entendido, no entanto, pelos peritos na técnica que algumas modalidades podem ser praticadas sem muitos destes detalhes e que são possíveis numerosas variações ou modificações das modalidades descritas. Como usado aqui, os termos acima e abaixo, cima e baixo, superior e inferior, para cima e
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8/29 para baixo”, e outros termos semelhantes indicando posições relativas acima ou abaixo de um dado ponto ou elemento são usados nesta descrição para descrever mais claramente certas modalidades.
[0030] Referindo à Figura 1A, em perfuração convencional, o tubo de perfuração 112 é adicionado a uma coluna de perfuração em uma operação manual realizada pelos trabalhadores. Tais atividades são necessárias para aumentar o comprimento da coluna de perfuração 116 a fim de alcançar os objetivos de profundidade de perfuração. À medida que a perfuração progride, a broca de perfuração 120 no fundo da coluna de perfuração 116 avança para o estrato geológico. Para estabelecer uma conexão entre a coluna de perfuração existente e uma nova peça de tubo a ser adicionada, os trabalhadores utilizam uma peça de equipamento conhecida como uma tenaz de montagem 1000, ilustrado na Figura 10. A tenaz de montagem 1000 inclui uma tenaz de potência 1022 e uma tenaz de apoio 1026. A tenaz de potência 1022 é colocada em uma posição específica da seção de pino (uma extremidade axial do tubo de perfuração 112). A tenaz de apoio 1026 é então colocada em uma posição específica da extremidade de caixa da coluna de perfuração 116. Assim que a tenaz de potência 1022 e a tenaz de apoio 1026 estiverem posicionadas corretamente, a conexão entre a caixa e o pino pode ser estabelecida (com torque). De um modo semelhante, a conexão entre a seção de extremidade de tubo da coluna de perfuração e o restante da coluna de perfuração 116 pode estar ou ser quebrada (sem torque). A coluna de perfuração 116 é suportada dentro do furo de poço 115 através de um conjunto de cunhas com serrilha 119. O movimento rotativo da coluna de
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9/29 perfuração 116 é conseguido por um acionamento de topo 107 que é suportado por um arranjo 110 conectado a uma torre de perfuração 100.
[0031] Quando o tubo é removido a partir da coluna de perfuração, conhecido como viagem (“trip), a quebra da conexão é geralmente mais desafiadora. Como pode ser entendido, quando uma coluna de perfuração 116 está sendo inserida em um furo de poço, a coluna de perfuração 116 é relativamente limpa. Quando uma coluna de perfuração 116 está sendo removida de um estrato geológico, no entanto, as conexões da coluna de perfuração podem ser mais difíceis de identificar e quebrar devido a contaminantes no exterior da coluna de perfuração 116.
[0032] Aspectos fornecidos na presente descrição permitem a preparação (estabelecimento) e separação (desconexão) de conexões de coluna de perfuração através de um processo automatizado em comparação com processos manuais com perfuração convencional. O sistema automatizado tem várias vantagens em comparação com os métodos de perfuração convencionais. O sistema automatizado pode identificar rápida e eficientemente ambos locais dos acoplamentos de ferramenta, como um acoplamento de tubo, bem como o tipo de conexão de acoplamento de ferramenta. Isso permite que os operadores removam o torque com sucesso de uma conexão de acoplamento de ferramenta com base em parâmetros como o diâmetro, bitola, tipo de rosca e materiais que são usados na conexão. Como será evidente de acordo com uma modalidade exemplar, diferentes acoplamentos de ferramentas irão requerer quantidades diferentes de resistência de remoção de torque. Uma vez realizada uma identificação bem-sucedida do
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10/29 tipo de conexão de acoplamento de ferramenta, os dados podem ser fornecidos aos computadores que controlam a tenaz e a tenaz de apoio, permitindo a remoção de torque adequada sem sobrecarregar os materiais da coluna de perfuração. Referindo à Figura 1B, são ilustrados os componentes de perfuração que formam uma conexão de coluna de perfuração. Na porção mais à esquerda da Figura 1B, um pino 102 e uma caixa 104 de uma conexão roscada são ilustrados para um único tubo 170.
[0033] A porção mais central da Figura 1B, uma caixa 104 e um pino 102 são ilustrados em extremidades diferentes de dois tubos. O pino 102 pode ter uma conexão roscada de borda de frente 175 que aparafusa na caixa 104 da coluna de perfuração. A configuração pode ter uma área de aplicação de liga resistente a desgaste 112 que proporciona um manuseio mais áspero do pino 102. Em áreas de tal aplicação de liga resistente a desgaste 112, ferramentas, tais como tenazes de potência 1022 e tenazes de apoio 1026, podem ser colocadas nestas áreas para evitar danos na coluna de perfuração durante os procedimentos de torque e remoção de torque. Nesta modalidade, além disso, a caixa 104 pode também ter uma área de gargalo 114 que fornece uma transição a partir da caixa 104 para o diâmetro nominal da coluna de perfuração 116. A área de gargalo 114 proporciona um módulo de seção aumentado do material para permitir que o acoplamento resista a flexões e forças que o acoplamento será submetido.
[0034] O arranjo mais à direita da Figura 1B, um acoplamento de ferramenta 118 pode ter um cano de tubo de perfuração 120, um cone de pino 122, uma linha de conexão de acoplamento de ferramenta 124 bem como uma área de chanfro
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126 ao longo da linha de conexão de acoplamento de ferramenta 124. A separação do acoplamento para as seções de topo e de fundo do acoplamento de ferramenta são encontrados, por exemplo, observando a posição do chanfro 126 na Figura 1C.
[0035] Referindo à Figura 2, em alguns casos, um acoplamento de ferramenta pode ter uma ranhura adicional 200 na área de pino de acoplamento de ferramenta. Esta ranhura adicional 200 identifica o tipo de tubo de perfuração que é usado, tal como um tubo de perfuração de alta resistência, um tubo de perfuração de peso pesado ou um tubo de perfuração de alta resistência de peso pesado. A ranhura 200 pode ter uma largura maior do que uma linha de conexão de acoplamento de ferramenta que consiste em chanfros no pino e na caixa. A ranhura 200, portanto, pode ser prontamente identificada por inspeção visual. Em algumas modalidades, marcas ou identificadores adicionais podem ser colocados no pino. Um código de peso de tubo 202 e um código de classe de tubo 204 podem estar localizados no pino para identificar o componente.
[0036] Além da dificuldade de identificar componentes, a linha de conexão entre a caixa e o pino do acoplamento de ferramenta pode ser coberto não apenas com lama, mas também com lubrificante de tubo que é usado pelos trabalhadores para estabelecer a conexão de tubulação entre o pino e a caixa. Normalmente, se o acoplamento de ferramenta estiver coberto de lama, parcial ou completamente, a endentação da linha de conexão de acoplamento de ferramenta é aparente sob identificação visual. Quando o lubrificante de tubo aparece em uma linha de conexão de acoplamento de ferramenta, como quando o lubrificante de tubo sai quando os
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12/29 dois tubos de perfuração estão conectados, pode-se concluir que a linha de conexão de acoplamento de ferramenta é onde o lubrificante sai. Em ocorrências, no entanto, quando a lama ou lubrificante está impedindo o aparecimento da linha de conexão de acoplamento de ferramenta, um sensor de infravermelho, laser ou ultrassom pode ser usado para detectar a localização da linha de conexão de acoplamento de ferramenta. Um processo automatizado, ou mesmo autônomo, para realizar tal reconhecimento requer uma abordagem mais complexa para detectar a linha de conexão de maneira confiável. Um exemplo de um processo é descrito abaixo.
[0037] Um processo automatizado para detectar uma linha de conexão de acoplamento de ferramenta em uma maneira confiável pode incluir o uso de vários sensores, que incluem, mas não se limitam a, lasers de infravermelho (IR), câmeras, câmeras de infravermelho, câmeras térmicas, ultrassom e LIDAR. Os sensores ou uma combinação desses sensores são configurados para distinguir o alvo (ou seja, a linha de conexão de acoplamento de ferramenta), independentemente de fatores ambientais, como baixa iluminação, chuva ou neve. Em uma modalidade não limitativa, como fornecido na Figura 6, o sistema de varredura 600 pode ser anexado a uma plataforma móvel 603 que permite um sensor no sistema 600 mover e / ou angular em direção ao seu alvo específico e para calcular e / ou medir a posição e / ou ângulo. A plataforma móvel 603 pode ser um braço robótico, braço manualmente móvel ou outro tipo similar de arranjo. O sistema de varredura 600 também pode estar localizado na tenaz de potência 1022, descrita na Figura 10, ou tenaz de apoio 1026, conforme aplicável. O sistema de varredura 600 pode varrer o exterior da área de
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13/29 acoplamento de ferramenta 602 e receber dados a partir da área varrida. Os dados são então processados, por exemplo, por um computador, e o computador pode enviar os dados resultantes para um sistema de controle 999, quer seja uma máquina separada ou a mesma máquina. O sistema de controle também pode ser conectado ao sistema de varredura para mover o sistema de varredura ou a ferramenta a que o sistema está conectado para permitir a medição dos dados. Como um exemplo não limitativo, se um sistema de varredura 600 está muito longe do exterior do acoplamento de ferramenta 602 para ter uma leitura adequada, o sistema de controle #?, pode mover a plataforma móvel 603 para um local alternativo em um esforço para reter dados melhores. Em uma modalidade de exemplo, dois sistemas de varredura serão usados para distinguir a distância a partir de um alvo e podem estar em uma altura diferente (isto é, no plano Y), mas no mesmo plano X e Z.
[0038] Referindo à Figura 3, para ajudar na detecção de uma linha de conexão de acoplamento de ferramenta, o sistema de varredura 600 é calibrado de tal forma que a identificação das linhas de conexão de acoplamento de ferramenta ocorre em uma base regular e livre de erros. A calibração pode utilizar vários conjuntos de dados de treinamento e algoritmos de aprendizado. Em um exemplo não limitante da modalidade, um conjunto de treinamento pode consistir de dados, de imagens 2D dos acoplamentos de ferramentas e os componentes de acoplamento de ferramenta (positivos) ou não quaisquer imagens dos acoplamentos de ferramenta e os componentes de acoplamento de ferramenta (negativos). O sistema de varredura, por meio da análise no
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14/29 computador, pode comparar os conjuntos de treinamento aos dados realmente recebidos e determinar a quantidade de correlação existente entre os dois conjuntos de dados. Se a correlação estiver acima de um limiar específico, a análise mostra que a linha de conexão de ferramenta está presente em um local específico ou que o acoplamento de ferramenta tem características específicas, como certos comprimentos, diâmetros, etc.
[0039] Diversos conjuntos de dados de treinamento da caixa de acoplamento de ferramenta, o pino de acoplamento de ferramenta, o acoplamento de ferramenta, e a linha de conexão de acoplamento de ferramenta podem ser necessários para criar um grande banco de dados de identificação que possa identificar várias configurações. Os conjuntos de treinamento também podem ser uma combinação de conjuntos de dados mencionados acima. Como será entendido, menos calibração é necessária se o número de configurações possíveis para identificar em uma coluna de perfuração for mantido em um número baixo.
[0040] Algoritmos possíveis para detectar o acoplamento de ferramenta e a linha de conexão de acoplamento de ferramenta podem ser baseados nas técnicas de análise de k vizinhos mais próximos, Análise de Componentes Principais (PCA), Máquinas de Vetor de Suporte (SVM), e Viola & Jones. Essas técnicas de análise podem ser aumentadas em que as técnicas podem ser combinadas com um filtro, como Canny, Sobel, Prewitt, Robert's Cross, Histograma de Gradientes Orientados (HOG), Transformada de Recurso Invariante de Escala (SIFT), e Recursos Robustos Acelerados (SURF) como modalidades não limitativas.
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15/29 [0041] Uma vez que o sistema de varredura 600 foi treinado com conjuntos apropriados de dados de treinamento, a precisão do sistema pode ser verificada em um estágio de teste. O estágio de teste usa imagens chamadas imagens médias” desenvolvidas durante o estágio de treinamento e compara essas imagens médias com imagens em tempo real que são apresentadas ao sistema. Durante esta fase de testes, o sistema irá detectar linhas de conexão de acoplamento de ferramenta procurando semelhanças da articulação de ferramenta, pino de acoplamento de ferramenta, caixa de acoplamento de ferramenta, linha de conexão de acoplamento de ferramenta, e outros componentes. Em certas modalidades exemplares, o estágio de teste pode utilizar o tamanho como um recurso distintivo. Em outras modalidades de exemplo, o tamanho pode não ser usado como um recurso distintivo.
[0042] Referindo ao exemplo na Figura 4, esses conceitos podem ser aplicados para detectar um acoplamento de ferramenta de revestimento, com vários conjuntos de treinamento que consistem no revestimento e nos componentes do revestimento. O revestimento, diferente de uma coluna de perfuração, também tem um acoplamento que pode ser estabelecido por meio de um procedimento de torque. Este procedimento de torque pode usar, por exemplo, tenazes de potência para agarrar e apertar os valores especificados. Os métodos e arranjos descritos aqui, portanto, não estão limitados a colunas de perfuração, mas também são aplicáveis a seções de revestimento e outros tubulares de furo de poço. Como previsto na Figura 4, conjuntos de dados positivos e negativos são fornecidos para cada acoplamento de ferramenta 402, linha de conexão de acoplamento de ferramenta 404, pino
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16/29 de acoplamento de ferramenta 406 e caixa de acoplamento de ferramenta 408. Esses dados são fornecidos como conjuntos de dados ao computador para auxiliar no treinamento 410 para análise pelo sistema de varredura 600.
[0043] Referindo à Figura 5, durante o estágio de teste, o sistema de varredura 600 também pode coletar novos dados 500, como imagens em conjuntos de dados separados, a partir de imagens de teste que podem ser usadas como dados negativos para todos os outros conjuntos de dados de treinamento, para que o sistema possa aumentar o nível de precisão na detecção do acoplamento de ferramenta, caixa de acoplamento de ferramenta, pino de acoplamento de ferramenta, e linha de conexão de acoplamento de ferramenta. Os dados positivos serão separados em seus conjuntos de dados de treinamento positivos correspondentes, separados dos conjuntos de dados negativos. Como modalidade de exemplo não limitativa, portanto, o conjunto de dados de treinamento de pino de acoplamento de ferramenta pode ter dois tipos diferentes de dados. Nesta modalidade, os dados positivos terão apenas imagens do pino de acoplamento de ferramenta, enquanto os dados negativos terão imagens que não consistem do pino de acoplamento de ferramenta, como revestimento, plataforma, caixa de acoplamento de ferramenta, linha de conexão de acoplamento de ferramenta, manipulador de tenaz, etc. O sistema 600 pode integrar os novos conjuntos de dados no comando no método de treinamento 502. Depois de completado o método de treinamento 502, o sistema 600 pode ser capaz de identificar o acoplamento de ferramenta, caixa de acoplamento de ferramenta, pino de acoplamento de ferramenta, linha de conexão de acoplamento de ferramenta e
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17/29 / ou que não há nenhum destes alvos presentes.
[0044] Uma entrada determinará se uma preparação ou separação dos tubos de perfuração é desejada. Se os tubos de perfuração não estiverem presentes e o sistema não estiver sendo usado no momento, o computador receberá um comando de espera 504, durante o qual o sistema está aguardando um comando de preparação 506 ou separação 508, comando de corte de energia ou desligamento para o sistema, ou comando de treinamento. Em suma, haverá pelo menos 5 tipos diferentes de resultados potenciais para a análise, como acoplamento de ferramenta, caixa de acoplamento de ferramenta, pino de acoplamento de ferramenta, linha de conexão de acoplamento de ferramenta ou nenhum alvo de acoplamento de ferramenta está presente, e pelo menos 5 modos diferentes, como o modo de espera, o modo de preparação, o modo de separação, o modo de desligamento e o modo de treinamento. Durante o modo de espera, o modo de preparação e o modo de separação, novos dados podem ser coletados.
[0045] Em uma modalidade não limitativa, em um método de exemplo, um modo de separação 508 será descrito em primeiro lugar, seguido do modo de preparação 506. O modo de separação 508 é aplicável à desmontagem da coluna de perfuração ou da coluna de revestimento. O método de preparação 506 é aplicável à montagem da coluna de perfuração ou da coluna de revestimento. Quando o operador liga o sistema 600, o sistema 600 pode entrar automaticamente no modo de espera”; neste modo, o sistema está pronto para detectar alvos em uma superfície e coletar novos dados. O operador pode escolher um modo, neste caso, o método de separação 508, isto é, desmontagem. O sistema 600 examina
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18/29 visualmente a superfície da coluna de perfuração utilizando uma câmera, como um exemplo não limitativo e recebe os dados de entrada, e compara estes dados com uma imagem 510 de acoplamento de ferramenta média”, que é calculada por algoritmo de ambos os conjuntos de dados positivo e negativo. Através desta análise, o sistema 600 começa a detectar o acoplamento de ferramenta global 602. Se o sistema 600 tentar reconhecer os dados 511 e determinar que não existe um acoplamento de ferramenta 512, o sistema 600 tentará novamente e se o sistema 600 falhar em encontrar novamente um acoplamento de ferramenta, o sistema 600 pode enviar um retorno ao operador (não mostrado) notificando que um acoplamento de ferramenta não está presente e o sistema 600 entrará no modo de espera 504. Se o sistema, no número 511, reconhecer a presença de um acoplamento de ferramenta 513, então, mais varreduras podem ser realizadas em 500, se desejado. Conforme previsto no desenho, o loop pode ser completado, em uma modalidade de exemplo não limitativa. Referindo à Figura 6, se o sistema 600 determinar que um acoplamento de ferramenta está presente em 602, o sensor no sistema 600 será capaz de detectar o acoplamento de ferramenta e o sensor no sistema 600 enviará um retorno ao sistema 600 para ativar um dispositivo de medição de distância, tal como um laser 1010 (ver Figura 10), para medir uma distância do transportador de tenaz de potência 1040 para o tubo de perfuração 112. Ao mesmo tempo, o sistema de varredura 600 calcula a curvatura do acoplamento de ferramenta para estimar o ângulo do sistema de varredura 600 até o topo e fundo do acoplamento de ferramenta, ângulos α e β. O sistema 600 pode então usar geometria para aproximar
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19/29 o comprimento do acoplamento de ferramenta, como representado por H. A linha X é medida pelo sistema de varredura 600. O sistema de varredura 600 é capaz de detectar o início e o fim do acoplamento de ferramenta 602. Além disso, uma primeira linha de referência 651 é tomada entre o pino e a aplicação de liga resistente a desgaste, e uma segunda linha de referência 652 é tomada entre a caixa e o gargalo de manejo. Dependendo da posição do sensor, a curvatura da linha de conexão pode determinar o ângulo do sensor 600 em relação às duas linhas de referência 651, 652, tal como usando o método descrito em referência às Figuras 7A-D. Como previsto na Figura 6, trigonometria ((tan (a) tan (beta)) * linha x) pode ser usada para calcular o comprimento do acoplamento de ferramenta que é representado como H. Referindo à Figura 6, a distância do acoplamento de ferramenta a partir do piso de plataforma é calculada pelo sistema 600 que encontrará pelo menos duas referências, que são a linha entre o pino e a aplicação de liga resistente ao desgaste em um lado e a linha entre a caixa e o gargalo de manejo tal como as descritas na Figura 1. Na modalidade ilustrada, o ângulo, como fornecido na Figura 7D, cai entre -90 graus a 90 graus. Na modalidade ilustrada, zero graus serão observados quando a visão da câmera é paralela ao piso de plataforma.
[0046] Referindo às Figuras 7 e 8, uma vez que o ângulo, comprimento, diâmetro e localização do acoplamento de ferramenta 700 são encontrados, o próximo passo é encontrar a linha de conexão de acoplamento de ferramenta 806. O diâmetro pode ser dado ao sistema ou pode ser visualmente identificado. Como ilustrado, a perspectiva do
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20/29 ângulo de visão é importante para verificar com precisão a presença do acoplamento de ferramenta 700. O sistema de varredura na modalidade ilustrada, amplia o acoplamento de ferramenta 700 e um conjunto separado de algoritmos são iniciados para encontrar a linha de conexão de acoplamento de ferramenta 806. Na modalidade ilustrada, uma vista em perspectiva do acoplamento de ferramenta 700 é apresentada em vários ângulos diferentes, um primeiro a partir do ângulo de inclinação zero (Figura 7A), um segundo a partir de um ângulo de inclinação de aproximadamente 20 graus (Figura 7B), um terceiro a partir de aproximadamente um ângulo de inclinação de -20 graus (Figura 7C). Na Figura 7D, a linha de acoplamento de ferramenta 806 é mostrada para vários níveis de inclinação a partir de -90 a 90 graus.
[0047] Referindo à Figura 8, nesses algoritmos, é calculada uma faixa central para a possível conexão de acoplamento de ferramenta. Após esse cálculo, então, uma imagem da linha de conexão de acoplamento de ferramenta média” pode ser comparada a uma imagem em tempo real. Em uma modalidade não limitativa, uma faixa central é calculada utilizando a linha de acoplamento de ferramenta 802 e a linha de terminação 804, e calculando a média destes valores para determinar o centro do acoplamento de ferramenta 800. Uma das linhas está localizada no início do cone do pino e a outra linha está localizada no final do gargalo de manejo de caixa. Depois que o centro do acoplamento de ferramenta é determinado, definido como a linha central de acoplamento de ferramenta 800, um comprimento predefinido (um exemplo para o comprimento predefinido pode ser de 1/8 a 1/4 do comprimento de tubo de perfuração) é adicionado ao
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21/29 localização de linha central de acoplamento de ferramenta 800 para criar uma faixa central máxima 804. Da mesma forma, o comprimento predefinido é subtraído da localização de linha central de acoplamento de ferramenta 800 para criar uma faixa central mínima 802. A imagem que representa a faixa central é comparada à imagem que representa a linha de conexão de acoplamento de ferramenta média”. Se o sistema 600 não puder identificar a linha de conexão de acoplamento de ferramenta 806 após uma primeira tentativa, o sistema 600 recalculará a faixa central máxima e mínima aumentando o comprimento predefinido para desenvolver uma faixa maior. O sistema 600 continuará a expandir a faixa central, até que a linha de conexão de acoplamento de ferramenta 806 seja encontrada.
[0048] Se o sistema 600 identificar a linha de conexão de acoplamento de ferramenta 806, o sistema 600 armazena a informação. O sistema 600 pode então identificar se existem ranhuras no acoplamento de ferramenta, identificando assim o tipo de acoplamento. Se uma ranhura for identificada, o sistema 600 armazenará a localização da ranhura. O sistema 600 pode então determinar a localização de aperto da tenaz e da tenaz de apoio usando as informações armazenadas. Depois de separar o tubo de perfuração, o sistema 600 irá para um modo de espera pronto para o próximo ciclo.
[0049] Referindo à Figura 9, em outra modalidade, o método de preparação do tubo de perfuração é semelhante ao processo de separação do tubo de perfuração. Quando o operador comanda o sistema 600 para entrar em um modo de preparação, o sistema 600 irá comparar a imagem de pino de acoplamento de ferramenta média” e a imagem de caixa de
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22/29 acoplamento de ferramenta média” às imagens em tempo real. Na modalidade ilustrada, um sistema de varredura 600 identifica uma distância horizontal para a borda da coluna de perfuração (linha X), bem como o ângulo b para o topo do acoplamento de ferramenta e um ângulo a para a extremidade do pino. Em um aspecto semelhante, quer um sistema de varredura separado quer o mesmo sistema de varredura 600 estabelece uma linha de referência para o fundo da caixa para o acoplamento de ferramenta, bem como os ângulos b' e a' como ilustrado. Uma vez que o sistema 600 seja capaz de identificar o pino de acoplamento de ferramenta e a caixa de acoplamento de ferramenta, o sistema 600 enviará dados para o sistema de controle para ativar o sensor (es) de distância 1010, fornecido na Figura 10. O sensor (es) de distância 1010 está (estão) configurado para encontrar uma distância do pino de acoplamento de ferramenta a partir da tenaz de potência 1022 e a distância da caixa de acoplamento de ferramenta a partir da tenaz de potência 1026 enquanto encontrando o ângulo de curvatura para tanto pino de acoplamento de ferramenta e a caixa de acoplamento de ferramenta. O sensor de distância pode ser colocado na tenaz de potência 1022 ou no quadro da tenaz de potência, como exemplos não limitativos. A medição do sistema de varredura 600 da distância até a caixa de acoplamento de ferramenta será a base (referência) para medição adicional, uma vez que a caixa de acoplamento de ferramenta está estacionária quando o tubo de perfuração vai ser conectado. O ângulo a entre a câmera e o pino de acoplamento de ferramenta e o ângulo entre a câmera e a caixa de acoplamento de ferramenta b' permitem determinação da lacuna (eixo y) entre o pino de acoplamento
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23/29 de ferramenta e a caixa de acoplamento de ferramenta.
[0050] Se a distância entre o pino de acoplamento de ferramenta e a tenaz de potência não for a mesma da caixa de acoplamento de ferramenta e a tenaz (o eixo z de ambos os alvos estiverem no mesmo plano), o pino e caixa de acoplamento de ferramenta devem estar alinhados. Uma vez que haja alinhamento adequado entre o pino e caixa de acoplamento de ferramenta, o pino de acoplamento de ferramenta é abaixado para a caixa de acoplamento de ferramenta. O sistema 600 continuará a detectar o pino de acoplamento de ferramenta e a caixa de acoplamento de ferramenta até que a rosca do pino de acoplamento de ferramenta esteja dentro da caixa de acoplamento de ferramenta tendo iniciado o processo de conexão. O sistema de varredura enviará uma saída ao sistema de controle 999 para preparar o tubo de perfuração. Enquanto o tubo de perfuração está sendo preparado (com torque), o sistema de varredura pode detectar o acoplamento de ferramenta para fins de treinamento.
[0051] Referindo à Figura 10, é ilustrado um sistema de tenaz de potência 1000 para preparação / separação de conexões de acoplamento de ferramenta. O sistema de tenaz de potência 1000 pode ser conectado a um computador 998 que tenha uma saída, como um monitor, para fornecer dados a um usuário. O computador pode ser usado como um sistema de controle 999 para controlar outros aparelhos conectados ao computador. O sistema de tenaz de potência 1000 tem uma tenaz de potência 1022 para rodar um tubo superior e uma tenaz de apoio correspondente 1026 para manter um tubo inferior estacionário enquanto a tenaz de potência 1022 aplica torque ao tubo superior. Um conjunto de sensores de distância 1010
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24/29 pode ser fornecido no sistema de tenaz de potência 1000 para detectar a distância entre o acoplamento de ferramenta e a tenaz de potência 1022. O sistema de varredura 600 também é posicionado para obter imagens em tempo real, de modo que essas imagens possam ser comparadas a imagens médias por meio do uso do computador. As imagens em tempo real podem ser obtidas usando, por exemplo, lasers, câmeras, ultrassom, câmeras de infravermelho, câmeras térmicas e / ou LIDAR ou qualquer combinação desses sistemas. A coluna de perfuração 116 pode ser suportada no furo de poço utilizando um arranjo de cunhas com serrilha 119 que seguram e liberam a coluna de perfuração 116. Um acionamento de topo 107 pode ser usado para suportar a seção de topo do tubo de perfuração 112 antes da conexão à coluna de perfuração 116 ou para elevar e remover o tubo de perfuração 112 assim que o tubo tiver sido desligado da coluna de perfuração 116. O acionamento de topo 107 pode ser conectado por rosca ao tubo de perfuração ou pode segurar o tubo de perfuração usando um aparelho de aperto tubular. O acionamento de topo 107 pode também ser usado para suportar o tubo de perfuração removido a partir da extremidade da coluna de perfuração para colocação em uma prateleira de tubos (não mostrada) conforme necessário, para armazenamento. O sistema de tenaz de potência 1000 está equipado com um recesso 1002 que aceita a coluna de perfuração 116 e fornece uma força de aperto. A rotação do tubo de perfuração pode ser realizada pela engrenagem de acionamento 1004. Como ilustrado, a engrenagem de acionamento estende com uma periferia até a extremidade 1009 do recesso 1002.
[0052] Referindo à Figura 11, um método 1100 para
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25/29 identificar uma linha de conexão de acoplamento de ferramenta é ilustrado. No 1102, um sistema de varredura 600 pode ser posicionado próximo a uma superfície exterior de um objeto a ser analisado. Como discutido acima, o objeto pode ser uma coluna de perfuração 116, uma coluna de revestimento ou outras colunas tubulares do furo de poço. A colocação do sistema de varredura 600 pode ser realizada por uma plataforma móvel 603 que suporta o sistema de varredura 600. A plataforma 603 pode ser automatizada, mecanizada e / ou operada manualmente. Em 1104, o exterior do objeto a ser analisado (coluna de perfuração 116 ou revestimento) pode ser varrido, produzindo um conjunto de dados que devem ser analisados. A varredura pode ser, por exemplo, através do uso de uma câmera do sistema 600. Em 1106, os dados a serem analisados podem ser transmitidos a um computador em uma transmissão sem fio ou uma transmissão com fio. Os dados são recebidos no computador e depois analisados para determinar a presença de um acoplamento de ferramenta. Em uma modalidade não limitativa, o topo e fundo de um acoplamento de ferramenta podem ser identificados através da varredura. Os dados podem ser analisados em 1108 para indicar a presença de uma conexão de acoplamento de ferramenta. A presença de uma conexão de acoplamento de ferramenta pode ser determinada através do cálculo de uma linha central média de onde o topo e fundo do acoplamento de ferramenta podem ser localizados e, em seguida, calcular a média das duas distâncias para produzir uma linha central média da linha de conexão de acoplamento de ferramenta. Outras análises podem ser conduzidas para determinar a presença da linha de conexão de acoplamento de ferramenta e uma saída é produzida em 1110.
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26/29 [0053] Em 1112, locais de aperto, que podem ser as áreas de aplicação de liga resistente ao desgaste, podem ser determinados para dispositivos acionados por energia para permitir que o acoplamento de ferramenta seja preparado ou separado. Em uma modalidade não limitativa, os dispositivos acionados por energia podem ser tenazes de potência e tenazes de apoio. Depois do engate dos dispositivos acionados por energia no exterior da coluna de perfuração 116 ou revestimento, os dispositivos acionados por energia podem ser acionados para preparar ou separar a coluna de perfuração ou revestimento, conforme necessário 1114.
[0054] Em uma modalidade não limitativa, um método para identificar um recurso de uma coluna de perfuração é divulgado compreendendo posicionar um sistema de varredura ao longo da coluna de perfuração, o sistema de varredura tendo pelo menos um arranjo configurado para varrer a coluna de perfuração, varrer um exterior da coluna de perfuração com o sistema de varredura para obter dados de varredura, transmitir os dados de varredura para um computador, analisar os dados de varredura com o computador por comparar os dados de varredura com um conjunto de dados de treinamento e produzir uma saída a partir do computador para um usuário indicando onde uma localização de acoplamento de ferramenta na coluna de perfuração está presente.
[0055] Em outra modalidade não limitativa, o método pode ainda compreender posicionar o sistema de varredura em um de um modo de espera, um modo de preparação e um modo de separação.
[0056] Ainda em outra modalidade não limitativa, o método pode ser realizado em que a análise compara uma imagem
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27/29 média com os dados de varredura.
[0057] Em outra modalidade não limitativa, o método pode ainda compreender obter um segundo conjunto de dados por varrer o exterior da coluna de perfuração.
[0058] Em outra modalidade não limitativa, o método pode ainda compreender identificar uma conexão de acoplamento de ferramenta.
[0059] Em outra modalidade não limitativa, o método pode ser executado em que a identificação da conexão de acoplamento de ferramenta envolve identificar um ângulo, um comprimento e um diâmetro do acoplamento de ferramenta.
[0060] Em outra modalidade não limitativa, o método pode ainda compreender calcular uma imagem da linha de conexão de acoplamento de ferramenta média.
[0061] Em outra modalidade não limitativa, o método pode ser realizado em que o sistema de varredura é um de um laser, um laser de infravermelho, uma câmera de infravermelho, uma câmera térmica e LIDAR.
[0062] Em outra modalidade não limitativa, o método pode ainda compreender identificar uma ranhura do acoplamento de ferramenta.
[0063] Ainda em uma outra modalidade, o método pode ainda compreender identificar localizações de aperto de uma tenaz e de uma tenaz de apoio para realizar uma desobstrução do acoplamento de ferramenta.
[0064] Em outra modalidade não limitativa, o método pode ainda compreender posicionar uma tenaz e a tenaz de apoio nas localizações de aperto identificadas e remover torque do acoplamento de ferramenta.
[0065] Ainda em uma outra modalidade, é descrito um
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28/29 aparelho para identificar uma conexão de acoplamento de ferramenta compreendendo um sistema de varredura configurado para varrer um exterior de uma coluna de perfuração, pelo menos um sensor de medição de distância montado em uma plataforma móvel e um computador conectado ao sistema de varredura e o pelo menos um sensor de medição de distância, em que o computador é configurado para receber dados de uma varredura do exterior da coluna de perfuração e comparar os dados da varredura a uma referência para determinar a presença da conexão de acoplamento de ferramenta.
[0066] Em outra modalidade não limitativa, o aparelho pode ainda compreender um arranjo de cunhas com serrilha configurado para manter a coluna de perfuração em uma elevação.
[0067] Ainda noutra modalidade não limitativa, o aparelho pode ainda compreender um de um acionamento de topo e uma ferramenta de execução de revestimento configurado para manter e mover um tubo.
[0068] Em outra modalidade não limitativa, o aparelho pode ainda compreender uma tenaz de potência e uma tenaz de apoio, em que as tenazes são configuradas para reter um exterior da coluna de perfuração.
[0069] Em outra modalidade não limitativa, o aparelho pode ser configurado em que o sensor de medição de distância é conectado a pelo menos uma da tenaz de potência e a tenaz de apoio.
[0070] Em outra modalidade não limitativa, o aparelho pode ainda compreender um dispositivo de saída para o computador, em que o dispositivo de saída é um de um monitor e uma impressora.
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29/29 [0071] Embora as modalidades tenham sido aqui descritas, os peritos na técnica, tendo o benefício desta divulgação, apreciarão que são previstas outras modalidades que não se afastem do âmbito inventivo do presente pedido. Consequentemente, o âmbito das presentes reivindicações ou quaisquer reivindicações relacionadas subsequentes não será indevidamente limitado pela descrição das modalidades aqui descritas.

Claims (17)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para identificar um acoplamento de ferramenta, caracterizado pelo fato de que compreende:
    posicionar um sistema de varredura adjacente a uma coluna de tubo, o sistema de varredura tendo pelo menos um sensor configurado para varrer a coluna de tubo;
    varrer a coluna de tubo com o sistema de varredura para obter dados de varredura;
    transmitir os dados de varredura para um computador;
    analisar os dados de varredura com o computador por comparar os dados de varredura com um conjunto de dados de treinamento; e receber uma saída a partir do computador indicando uma localização do acoplamento de ferramenta na coluna de tubo.
  2. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:
    colocar o sistema de varredura em um de um modo de espera, um modo de preparação e um modo de separação.
  3. 3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a análise compara uma imagem média com os dados de varredura.
  4. 4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda obter um segundo conjunto de dados por varrer o exterior da coluna de tubo.
  5. 5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda identificar uma conexão de acoplamento de ferramenta.
  6. 6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a identificação da conexão de acoplamento de ferramenta envolve identificar pelo menos um ângulo, um
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    2/3 comprimento e um diâmetro do acoplamento de ferramenta.
  7. 7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:
    calcular uma imagem de linha de conexão de acoplamento de ferramenta média.
  8. 8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de varredura é um de laser, um laser de infravermelho, uma câmera de infravermelho, uma câmera térmica e LIDAR.
  9. 9. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:
    identificar uma ranhura do acoplamento de ferramenta.
  10. 10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:
    identificar localizações de aperto de uma tenaz e de uma tenaz de apoio para realizar uma remoção de torque do acoplamento de ferramenta.
  11. 11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:
    posicionar uma tenaz e a tenaz de apoio nas localizações de aperto identificadas; e remover torque do acoplamento de ferramenta.
  12. 12. Aparelho para identificar uma conexão de acoplamento de ferramenta, caracterizado pelo fato de que compreende:
    um sistema de varredura configurado para varrer um exterior de uma coluna de tubo;
    pelo menos um sensor de medição de distância montado em uma plataforma móvel; e um computador conectado ao sistema de varredura e o pelo menos um sensor de medição de distância, em que o computador
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    3/3 é configurado para receber dados a partir de uma varredura do exterior da coluna de tubo e comparar os dados a partir da varredura a uma referência para determinar uma presença da conexão de acoplamento de ferramenta.
  13. 13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:
    um arranjo de cunha com serrilha configurado para manter a coluna de tubo em uma elevação.
  14. 14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:
    um de um acionamento de topo e uma ferramenta de execução de revestimento configurado para manter e mover a coluna de tubo.
  15. 15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:
    uma tenaz de potência; e uma tenaz de apoio, em que a tenaz de potência e a tenaz de apoio são configuradas para manter um exterior da coluna de tubo.
  16. 16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o sensor de medição de distância é conectado a pelo menos uma da tenaz de potência e a tenaz de apoio.
  17. 17. Aparelho, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:
    um dispositivo de saída para o computador, em que o dispositivo de saída é uma de uma tela e uma impressora.
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