CN103089238A - 水下下入工具中的相对转数和位移的测量 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水下下入工具中的相对转数和位移的测量。更具体而言，本发明涉及一种下入工具响应于水下井口装置的设置而产生信号，该信号对应于下入工具在水下井口中的实际旋转和位移。下入工具包括编码器，其产生与下入工具的杆相对于下入工具的主体的转数相对应的信号。下入工具还包括轴向位移传感器，其产生与下入工具的柱塞相对于主体的轴向位移相对应的信号。该信号使用位于下入工具上的发射机和定位成靠近水面处的钻井平台的声接收机而传送到水面。该信号从接收机传送到操作者界面装置以用于以操作者理解的方式进一步传送。

Description

水下下入工具中的相对转数和位移的测量

技术领域

本发明大体上涉及水下下入工具，并且更具体而言，涉及感测在泥线和泥线下水平处的水下下入工具的相对转数和相对位移。

背景技术

在水下操作中，水面平台通常浮在待钻探的区域上方。水面平台然后下入钻井立管(riser)，钻井立管从水面平台延伸至位于海底的井口。由于大部分钻井操作通过钻井立管进行，因此钻井立管充当船体与井口之间的生命线。当井需要诸如套管悬挂器、跨接悬挂器、密封件、抗磨补心(bushing)等的装置时，这些装置需要在下入管柱上从船体的表面穿过立管、通过井口并进入井筒中。可利用重量、旋转和液压力来放置和促动这些装置。由于这个原因，重要的是一定程度上确切地知道下入工具在水下环境中的相对转数和位移。了解这些信息使操作者能知道该装置已到达井筒中的合适位置并且被适当地促动。通常，这通过在水面平台处监测下入管柱的转数和下入管柱的位移而实现。

因为水面平台浮在水下井口的上方，所以它们受到海流和风的影响。虽然尝试将立管固定到海底，但海流和风将推动水面平台，使得它们在井口上方不完全保持静止。此外，立管本身由于海流而发生移动。由于这个原因，立管不会在井口与水面平台之间真正保持竖直。相反，立管将响应于船体相对于井口的位置以及海流对未固定的立管分段的影响而“弯曲”，其中未固定的立管分段在固定到水面平台的立管柱的端部和固定到井口的立管柱的端部之间延伸。当勘探更深的水中的位置时，问题变得严重。

当立管弯曲时，穿过立管的下入管柱将接触立管，而不是在立管内保持同轴。在下入管柱接触立管壁的位置处，下入管柱变得被固定，并且将由水面平台施加到下入管柱的操作重量和扭矩中的一些从下入管柱传递到立管。因此，施加到井筒中的装置的实际扭矩和重量小于施加在水面平台处的总扭矩和重量。这导致下入工具的相对转数和位移相比在水面处的转数和下入管柱位移的差值。

此外，施加在水面处的转数和位移与在下入工具处的转数和位移的差值可以由于下入管柱的长度而实现。下入管柱可通过井口与水面之间的立管而延伸数千英尺。当旋转时，下入管柱的管段可以相对于彼此扭曲，使得每一转的一部分被下入管柱所消减。类似地，一些轴向位移被下入管柱段相对于彼此的位移所消减。因此，在水面处施加的转数和位移可能不会转换成在井口处的下入工具处的相同位移或转数。因此，需要一种方法和设备，其用于在用下入工具坐放、设置(setting)和测试水下井口装置时感测在泥线和泥线下水平处的下入工具的转数和位移。

发明内容

通过本发明的优选实施例解决或规避这些和其它问题，并且大体实现技术优点，优选实施例提供了用于实时测量水下下入工具在井下位置处的相对转数和相对位移的设备以及使用该设备的方法。

根据本发明的一个实施例，公开了一种用于下入和设置水下井口部件的系统。该系统包括下入工具，其具有用于联接到下入管柱的上端，该下入工具适于运送和设置水下井口部件。下入工具具有主体；具有轴线的杆，该杆通过主体；以及围绕主体的柱塞(piston)。杆相对于主体可旋转，并且柱塞可以相对于主体轴向移动以设置水下井口部件。编码器定位在杆和主体之间且用于检测杆与主体之间的相对旋转。轴向位移传感器定位在柱塞与杆之间且用于检测柱塞和主体之间的相对轴向运动。发射机可通信地联接到编码器和轴向位移传感器，并且接收机可通信地联接到发射机，接收机位于水面平台处。操作者界面装置可通信地联接到接收机且位于水面平台上。编码器和轴向位移传感器分别将与相对转数和位移有关的信息传送到发射机，发射机将信息传送到接收机，并且接收机将信息传送到操作者界面装置。

根据本发明的另一个实施例，公开了一种用于下入和设置水下井口部件的系统。该系统包括下入工具，其具有用于联接到下入管柱的上端，该下入工具适于运送和设置部件。下入工具具有主体、穿过主体的杆和围绕主体的柱塞。主体、杆和柱塞与主体的轴线同轴，并且杆相对于主体可旋转，并且柱塞可相对于主体轴向移动。编码器定位在杆和主体之间以检测杆和主体之间的相对旋转并作为响应而产生旋转信号，并且发射机可通信地联接到编码器以用于将旋转信号发送到水面平台。接收机位于水面平台处且可通信地联接到发射机以用于接收在水面处的旋转信号，并且操作者界面装置可通信地联接到接收机。操作者界面装置定位成靠近钻机的操作者，以使得接收机可以将旋转信号发送到操作者界面装置。

根据本发明的又一个实施例，公开了一种用于下入和设置水下井口部件的系统。该系统包括下入工具，其具有用于联接到下入管柱的上端，该下入工具适于运送和设置部件。下入工具具有主体、穿过主体的杆和围绕主体的柱塞，并且主体、杆和柱塞与主体的轴线同轴。杆相对于主体可旋转，并且柱塞可以相对于主体轴向移动。轴向位移传感器定位在柱塞和主体之间以检测柱塞和主体之间的相对轴向运动并作为响应而产生轴向信号。发射机可通信地联接到轴向位移传感器，用于将轴向信号发送到水面。接收机位于水面平台处且可通信地联接到发射机用于接收水面处的轴向信号，并且操作者界面装置可通信地联接到接收机。操作者界面装置定位成靠近钻机的操作者，以便接收机可以将轴向信号发送到操作者界面用于进一步传送信号。

根据本发明的又一个实施例，公开了一种用于下入和设置水下井口装置的方法。该方法提供连接到水下井口装置的下入工具，下入工具具有联接在下入工具内用于检测下入工具相对旋转和位移的编码器和轴向位移传感器。该方法接着将下入工具在下入管柱上从水面平台下入到水下立管，并将水下井口装置定位在水下井口组件中。该方法接着操作下入工具以将水下装置设置在水下井口组件中。在操作下入工具的同时，下入工具响应于水下装置的设置而在编码器和轴向位移传感器中产生信号。该方法接着将信号从编码器和轴向位移传感器发送到在钻机处的显示器；然后以操作者理解的方式呈现信号。

优选实施例的优点在于：它以实时方式提供在水下井筒中的下入工具位置处的相对转数和位移的测量。这允许水面平台的操作者在更大程度上确信将由下入工具设置的水下装置已正确坐放和设置在井筒中。此外，通过比较下入工具的实际转数和位移与在水面处施加的相对转数和位移的测量值，操作者将获得下入管柱已固定到水下立管的指示。

附图说明

为了获得使本发明的特征、优点和目的以及其它将变得显而易见的方式并使其能被更详细地了解，以上简要概述的本发明的更具体的描述可以参照在附图中示出的本发明的实施例而进行，附图构成本说明书的一部分。然而，应当指出，附图仅示出本发明的优选实施例，并且因此不应视为限制本发明的范围，因为本发明可以允许其它等效实施例。

图1是在井口组件和浮式平台之间延伸的立管的示意图。

图2是其中设有下入工具的水下井口组件的示意性剖视图。

图3是连接到套管悬挂器和套管悬挂器密封件的图2的下入工具的示意性剖视图。

图3A是在套管悬挂器密封件和下入工具之间的连接的详图。

图3B是在套管悬挂器和下入工具之间的连接的详图。

图4A-4H是局部剖视图和详图，示出了将图3的套管悬挂器坐放和设置在图2的井口组件的高压外壳中的过程中的操作步骤。

图5是其上安装有代码柱的图3的下入工具的主体的剖视图。

图5A是图5的代码柱和主体的详图。

图6是图3的下入工具的杆的示意图。

图6A是示出安装在其上的光源的图6的杆的详图。

图7是其上安装有轴向位移传感器的图3的下入工具的局部剖视示意图。

图7A是图7的轴向位移传感器的安装的详图。

图8、8A和8B是图3的套管悬挂器密封件的设置的剖面示意图和详图。

图9、9A和9B是图3的套管悬挂器密封件的设置的剖面示意图和详图。

图10是图3的下入工具和图1的水面平台之间的连通系统的示意图。

具体实施方式

现在将在下文中参照示出本发明的实施例的附图更充分地描述本发明。然而，本发明可以以多种不同形式具体化，并且不应理解为限制本文阐述的图示实施例。相反，提供这些实施方式使得对本领域技术人员来说本公开是彻底的和完全的，并且充分表现本发明的范围。全文中相同的附图标记表示相同的元件，并且“'”号(如果使用的话)表示在备选实施例中的类似元件。

在以下讨论中，阐述了多个具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，对本领域的技术人员显而易见的是，本发明可以在没有这些具体细节的情况下实践。另外，一般地，关于钻井操作、立管上扣和卸扣、井口消耗品的操作和使用等的细节已被省略，因为这样的细节不被视为是获得对本发明的全面理解所必需的，并且被视为在相关领域的技术人员的知识范围内。

参见图1，示出了在海底处由立管15连接到井口组件13的浮式钻井平台11。诸如套管柱或衬套管柱的管柱17从井口组件13延伸至地下井筒底部(未示出)。立管15使钻杆(drill pipe)19能够从浮式平台11部署到井口组件13并继续进入泥线14以下的管柱17。下入管柱19接收来自位于浮式平台11上的钻井装置的旋转扭矩和向下力或重量。虽然由刚性构件制成，但立管15在其横跨浮式平台11和井口组件13之间的距离时不完全保持刚性。立管15由接头(joint)构成，接头中的每一个可允许从大致竖直的方向的一些移动。每个接头的微小移动的组合效应将导致立管15响应于来自浮式平台11的竖直运动而“弯曲”，该运动是由于水面涌浪23、由水下流21引起的横向运动和浮式平台11响应于风25的横向移动。如图所示，水下流21、涌浪23和风25使浮式平台11移动，从而使立管15处于图1中所示的弯曲位置。

下入管柱19不响应于环境条件而“弯曲”。当其从浮式平台11穿过立管15到井口组件13，并且然后进入管柱17时，下入管柱19基本上保持刚性。因此，下入管柱19的外径可以如图所示在接触位置27处接触立管15的内径表面。在这些位置，在浮式平台11处施加到下入管柱19的旋转扭矩和重量的一部分从下入管柱19传递到立管15，从而导致实际施加到井下工具的扭矩和重量小于在水面处所施加的扭矩和重量。此外，下入管柱19的区段可以相对于彼此扭曲，使得在钻井平台11处施加的旋转的一部分可以被下入管柱19的区段相对于彼此的旋转所消减。

如图2所示，下入工具29在高压外壳59内悬挂在下入管柱19上，以设置诸如套管悬挂器31的水下井口装置。下入工具29是用来坐放和操作诸如套管悬挂器、油管悬挂器、密封件、井口外壳、生产树等的水下井口设备的水下工具。例如，下入工具29可以是压力辅助钻杆下入工具(PADPRT)，如下文更详细描述的。下入工具29在下入管柱19上下入到井口组件13内的位置，诸如在防喷器(BOP) 33处，或沿管柱17进一步向下，诸如在井口35处，或者甚至进一步到井下。

参见图3，下入工具29示出为联接到套管悬挂器31和套管悬挂器密封件33。将套管悬挂器31联接到下入工具29的过程可以在水面处以本文所述方式完成。下入工具29包括主体35、杆37、柱塞39、轴承盖41和下入工具密封件43。套管悬挂器密封件33通过工具和密封件锁定系统45连接到下入工具29，如图3A所示。通过分别在套管悬挂器密封件33和下入工具29的内径和外径上的对应环形突起之间的过盈配合，工具和密封件锁定系统45可以将套管悬挂器密封件33固连到下入工具29。下入工具29的下部可下入到套管悬挂器31中，以使得主体35的面朝下的台肩47接触套管悬挂器31的面朝上的台肩49，如图3B所示。杆37可接着沿第一方向上旋转四圈，以便为下入工具固定系统51充能并用形成于套管悬挂器31的内径上的轮廓55接合下入工具锁块53，如图3B所示。下入工具29和套管悬挂器31可接着通过立管15下入到井口组件13中的位置，如图2所示。

如图4A所示，下入工具29和套管悬挂器31可坐放在高压外壳59内的承载台肩57。承载台肩57可以是如图4B所示的此前下入的套管悬挂器的上边缘，或是形成于高压外壳59的内径中的面朝上的台肩。一旦坐放，杆37就可以沿第一方向旋转额外的四圈，以从主体35和轴承盖41释放杆37，如图4C所示。杆37的轴向移动将导致联接到其上的柱塞39和套管悬挂器密封件33的相应轴向移动。如图4D所示，杆37、柱塞39和套管悬挂器密封件33可以向下轴向移动，直到套管悬挂器密封件33夹在高压外壳59和套管悬挂器31之间。下入工具密封件43可在此过程期间被充能到高压外壳59的内径。可以将流体压力施加到立管15和下入管柱19之间的环形空间(如图4E所示)以使柱塞39进一步向下轴向移动并使套管悬挂器密封件33充能，如图4F所示。杆37和柱塞39可接着轴向向上拉动，如图4G所示。可以通过下入管柱19施加杆37的额外的四圈以使下入工具固定系统51去能并从套管悬挂器31的轮廓55脱离下入工具锁块53，如图4H所示。这样就完成了套管悬挂器31的坐放和设置过程。为了确定套管悬挂器31是否正确地坐放和设置在高压外壳59内，知道下入工具29的部件在此前描述的过程期间的真实转数和轴向位移是有必要的。

参见图5，下入工具29的主体35将限定杆37(未示出)可以穿入的中心孔61。代码柱63可固连到中心孔61内的主体37的内径。参见图5A，代码柱63为管状主体，其具有大致等于中心孔61的内径的外径。代码柱63限定围绕代码柱63的圆周的多个窗口65。每个窗口65从代码柱63的内径延伸至代码柱63的外径。围绕代码柱63的窗口65的间距可对应于围绕主体35的圆周的具体旋转位置。每个窗口65可延伸代码柱63的长度。代码柱63可由诸如玻璃或塑料的任何合适的材料形成，以用于本文所述的用途。

一个或多个光电二极管传感器67可相对于代码柱63和主体35的内径放置。在一个实施例中，单个光电二极管传感器67夹在代码柱63和中心孔61的内径之间。单个光电二极管传感器67可通过单个窗口65仅暴露于中心孔61。在另一个实施例中，多个单独的光电二极管传感器67夹在代码柱63和中心孔61的内径之间。多个单独的光电二极管传感器67可通过对应的单独的窗口65各自暴露于中心孔61。在又一个实施例中，单个管状光电二极管传感器67夹在代码柱63和中心孔61的内径之间。光电二极管传感器67将通过每个窗口65暴露于中心孔61。

参见图6和6A，杆37可包括光源69，其布置在从杆37的外径径向向内延伸的孔内。光源69可以是任何合适的光源、微波、红外线、可见光、紫外线等，使得光电二极管传感器67在暴露于来自光源69的光时可产生电信号。光源69将定位成使得当杆37被插入通过主体35时来自光源69的光将径向向外导向。在图示实施例中，当杆37被插入主体35的中心孔63时，光源69可以靠近代码柱63的轴向中心(图5)。在实施例中，当杆37径向移动通过主体35时，光源69将不会移动超出代码柱63的轴向高度。可通过延伸代码柱63和光电二极管67的轴向高度而提供额外的轴向范围。光源69可由光源69内部的电池供电。在其它实施例中，光源69可由外部电源供电。在图示实施例中，代码柱63、光电二极管传感器67和光源69可以统称为编码器。

在一个实施例中，如上文参照图4A-4H所述，杆37可相对于主体35旋转。在杆37的旋转期间，光源69可将光从杆37径向向外导向。本领域的技术人员将理解，光源69可以在水面平台25上被供电，或者备选地在操作下入工具29之前开启。在具有通过单个窗口65曝光的单个光电二极管传感器67的实施例中，当杆37旋转时，杆37相对于主体35每旋转完整的一周，光源69就对光电二极管传感器67进行一次曝光。每当光电二极管传感器67曝光时，光电二极管传感器67就产生电信号。该电信号可指示杆37相对于主体35的旋转已完成。光电二极管传感器67可联接到控制器，或者进一步联接到下文更详细描述的操作者界面，该界面能记载杆37的转数或以其它方式指示杆37相对于主体35的转数。

在具有各自通过单独的对应窗口65曝光的多个光电二极管传感器67的实施例中，杆37相对于主体35每旋转一次，光源69就对每个单独的光电二极管传感器67进行一次曝光。每当每个单独的光电二极管传感器67曝光时，光电二极管传感器67将产生电信号。每个光电二极管传感器67将与主体35上的位置相关。光电二极管传感器67可联接到控制器，或者进一步联接到下文更详细描述的操作者界面，该界面能记录产生电信号的特定光电二极管传感器67。因此，除了杆37相对于主体35的转数之外，杆37相对于主体35的旋转位置可被检测和记载或以其它方式提供。这种相关性可以发送至水面以便为操作者提供杆37的旋转位置或杆37的转数，如下文更详细描述的。

在具有在主体35的孔61的圆周上延伸的单个光电二极管传感器67的实施例中，光电二极管传感器67通过每个窗口65曝光，在杆37相对于主体35的每周旋转期间，光源69将对光电二极管传感器67进行多次曝光。光电二极管传感器67可以可通信地联接到控制器或操作者界面装置，该界面装置将记录从杆37相对于主体35的旋转开始起所产生的信号的相对数。基于自旋转开始起所产生的信号总数，可以将这种信号的记录与杆37相对于主体35的转数以及杆37相对于主体35的旋转位置相关联。例如，如果存在暴露单个光电二极管传感器67的六个窗口65，那么杆37相对于主体35每旋转一周，就会产生六个信号。操作者界面装置可以对每个信号计数，并在每个信号处指示从杆37的首次旋转开始杆37相对于主体35的旋转的总数。例如，在将套管悬挂器33固连到下入工具29的同时，杆37将相对于主体37旋转四次。操作者界面装置可能从杆37的首次旋转开始接收了21个信号。操作者界面装置可接着指示已经发生了杆37相对于主体35的总共3.5周旋转。以这种方式，操作者可以了解需要杆37相对于主体35的额外的半周或者一周旋转。该信息可以传送到水面处，如下文关于图10所描述的。

参见图7，示出了在主体35的管状壁中的轴向位移传感器，在图示实施例中为线性可变差动转换器(LVDT)71。轴向位移传感器可以是能够检测主体35和柱塞39之间的轴向位移的任何合适装置。在图示实施例中，LVDT 71将包括管73，其包含端对端置于管73周围的电磁线圈。在一个实施例中，使用三个电磁线圈，中央线圈为一次线圈，并且二次线圈在一次线圈的任一侧上。柱形铁磁体芯75定位在管73内，使得芯75可穿过三个电磁线圈。交流电可从电源(例如，可位于下入工具29内的电池、通过电脐带供应到下入工具的电能等)施加到管73的一次芯。交流电将在两个二次线圈中的每一个中感应电压。当芯75轴向移动通过管73时，芯75将在每个二次线圈中所感应的电压中引起变化。LVDT 71产生与在两个二次线圈中感应的电压中的差值相对应的输出电压。当芯75处于中性位置时，输出电压将为大约零。因此，当芯75移动通过管73时，一个或另一个二次线圈将感应在输出电压中引起变化的更大的电压。LVDT 71的输出电压的大小将对应于芯75的位移的量。芯75将具有响应于柱塞39的轴向运动的可移动的外端。在一个实施例中，芯75的外端可与柱塞39的面朝下的台肩相互作用。在一个备选实施例中，芯75的外端附连到柱塞39的管状壁部分。当柱塞39在坐放和设置过程期间轴向向下移动时，芯75将穿过管73的线圈，从而引起可与柱塞39相对于主体35的轴向位置相关联的电压输出。这种相关性可发送到水面，以便为操作者提供柱塞39的位移，如下文更详细描述地。

参见图8和9，当柱塞39在套管悬挂器密封件33的设置期间向下轴向移动时，如上文参照图4A-4H所述，芯75将轴向向下移动通过管73，从而作为响应产生输出电压。例如，如图8B所示，柱塞39与套管悬挂器密封件33的弹性环接触。当柱塞39轴向向下移动，柱塞39通过接合在高压外壳59的内径和套管悬挂器31的外径上的锯齿而使套管悬挂器密封件33的弹性环对套管悬挂器密封件33充能，如图9B所示。如图8A所示，柱塞39的向下移动可导致柱塞39的面朝下的台肩85接合LVDT 71的芯75的端部。当柱塞39相对于主体35轴向向下移动以设置套管悬挂器密封件31时，面朝下的台肩85将使芯75移动通过管73，直到面朝下的台肩85靠近主体35的上边缘。这将引起LVDT 71的输出电压与芯75通过管73的移动的量成比例地变化。该输出电压可传送到水面，如下文更详细描述地。

参见图10，光电二极管传感器67和LVDT 71均可以可通信地联接到发射机77。发射机77可定位在主体35的管状壁内。发射机77可以是用于在水下环境中使用的任何合适的数据发射装置。例如，发射机77可以是声发射机，其能够接收来自光电二极管传感器67和LVDT 71的电气输入并将电信号转换为声信号，该声信号可穿过下入管柱19或循环通过下入管柱19的钻探泥浆。由发射机77所产生的声信号可被定位在接收机杆81内的接收机79所接收，接收机杆81在平台11处联接到下入管柱19。接收机79可接收声信号并将它们转换回电信号或数字信号。接收机79可以可通信地联接到位于平台11处的操作者界面装置83，在操作者界面装置83处，信号被转换成位于操作者界面装置83附近的操作者可理解的媒介。操作者界面装置83可以是任何合适的机构，用于将来自编码器和LVDT 71的信号传送给位于平台11处的操作者。在一个实施例中，操作者界面装置83为显示器。在另一个实施例中，操作者界面装置83为计算装置，例如，计算机工作站、平板电脑、控制器等，其可以显示从接收机79接收的信息或将该信息以任何合适的方式传送给操作者。在那里，操作者可以解释信号并调整操作以增加水面处的额外的旋转或额外的下放(set down)重量或液压力，以便完成套管悬挂器31的设置。

因此，所公开的实施例提供了多个优点。例如，它以实时方式提供在水下井筒中的下入工具位置处的相对转数和位移的测量。这允许水面平台的操作者在更大程度上确信将由下入工具设置的水下装置已正确坐放和设置在井筒中。此外，通过比较下入工具的实际转数和位移与在水面处施加的相对转数和位移的测量值，操作者将获得下入管柱已固定到水下立管的指示。

应当理解，本发明可采取许多形式和实施例。因此，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以在上述内容中做出若干变型。已经通过参照本发明的优选实施例中的某些如此描述了本发明，应当指出，所公开的实施例在本质上为示例性的而不是限制性的，并且在上述公开内容中可以想到多种变型、修改、变化和替代形式，而且在一些情况下，本发明的一些特征可以在没有其它特征的对应使用的情况下被采用。在阅读优选实施例的上述描述的基础上，本领域的技术人员可将许多这样的变型和修改视为明显的和所期望的。因此，应当理解，应被广义地且以与本发明的范围一致的方式来理解所附权利要求书。

Claims (20)

1.一种用于下入和设置水下井口部件的系统，包括：

下入工具，其具有用于联接到下入管柱的上端，所述下入工具适于运送和设置所述水下井口部件；

其中，所述下入工具具有主体、具有轴线的杆以及围绕所述主体的柱塞，所述杆穿过所述主体；

其中，所述杆相对于所述主体可旋转，并且所述柱塞可相对于所述主体轴向移动以设置所述水下井口部件；

编码器，其定位在所述杆和所述主体之间且用于检测所述杆和所述主体之间的相对旋转；

轴向位移传感器，其定位在所述柱塞和所述杆之间以检测所述柱塞和所述主体之间的相对轴向运动；

发射机，其可通信地联接到所述编码器和所述轴向位移传感器；

接收机，其可通信地联接到所述发射机，所述接收机适于定位在水面平台处；

操作者界面装置，其可通信地联接到所述接收机且适于定位在所述水面平台上；并且

其中，所述编码器和所述轴向位移传感器分别将与相对转数和位移有关的信息传送到所述发射机，所述发射机将所述信息传送到所述接收机，并且所述接收机将所述信息传送到所述操作者界面装置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述轴向位移传感器包括：

管，其定位在所述主体内，所述管具有至少一个电磁线圈；以及

铁磁体芯，其部分地定位在所述管内，使得通过所述管的芯的移动产生电气输出；

其中，所述芯的端部与所述柱塞相互作用以响应于所述柱塞的轴向位移而移动；并且

其中，用于为可释放地固连到所述下入工具的套管悬挂器密封件充能的柱塞相对于所述主体的轴向移动将使所述芯移动通过所述管，从而产生传达所述柱塞相对于所述主体的轴向位移的量的输出信号。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述编码器包括：

光源，其定位在所述杆上，使得所述光源可径向向外导向光；以及

代码柱，其定位在所述主体的内径上，使得所述代码柱可暴露于由所述光源产生的光以生成旋转信号。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：

在所述代码柱和所述主体之间放置有光电二极管；

所述代码柱限定多个窗口，所述多个窗口允许来自所述光源的光穿过所述代码柱以使所述光电二极管暴露于所述光源；并且

在所述杆相对于所述主体的旋转期间，所述光电二极管交替地暴露于所述光源和被挡离所述光源。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述编码器记录所述杆相对于所述主体的旋转数。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，发射机为声发射机，并且所述接收机为声接收机。

7.一种用于下入和设置水下井口部件的系统，包括：

下入工具，其具有用于联接到下入管柱的上端，所述下入工具适于运送和设置所述部件；

其中，所述下入工具具有主体、穿过所述主体的杆和围绕所述主体的柱塞；

其中，所述主体、所述杆和所述柱塞与所述主体的轴线同轴；

其中，所述杆相对于所述主体可旋转，并且所述柱塞可相对于所述主体轴向移动；

编码器，其定位在所述杆和所述主体之间以检测所述杆和所述主体之间的相对旋转并作为响应而生成旋转信号；

发射机，其可通信地联接到所述编码器以用于将所述旋转信号发送到水面平台；

接收机，其适于定位在所述水面平台处且可通信地联接到所述发射机以用于在所述水面处接收所述旋转信号；

操作者界面装置，其可通信地联接到所述接收机；并且

其中，所述操作者界面装置适于定位成靠近钻机的操作者，以使得所述接收机可将所述旋转信号发送到所述操作者界面装置。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：

轴向位移传感器，其适于检测所述柱塞和所述主体之间的相对轴向运动并作为响应而生成轴向信号；并且

所述轴向位移传感器可通信地联接到所述发射机用于将所述轴向信号通过所述接收机发送到所述操作者界面装置。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述编码器包括：

光源，其定位在所述杆上，使得所述光源可径向向外导向光；以及

代码柱，其定位在所述主体的内径上，使得所述代码柱可暴露于由所述光源产生的光以生成旋转信号。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：

所述代码柱限定多个窗口，所述多个窗口允许来自所述光源的光穿过所述代码柱到所述代码柱之后的表面；

在所述主体的内径表面上放置有光电二极管；并且

在所述杆相对于所述主体的旋转期间，所述光电二极管通过所述代码柱的多个窗口而交替地暴露于所述光源和被挡离所述光源。

11.一种用于下入和设置水下井口部件的系统，包括：

下入工具，其具有用于联接到下入管柱的上端，所述下入工具适于运送和设置所述部件；

其中，所述下入工具具有主体、穿过所述主体的杆和围绕所述主体的柱塞；

其中，所述主体、所述杆和所述柱塞与所述主体的轴线同轴；

其中，所述杆相对于所述主体可旋转，并且所述柱塞可相对于所述主体轴向移动；

轴向位移传感器，其定位在所述柱塞和所述主体之间以检测所述柱塞和所述主体之间的相对轴向运动并作为响应而生成轴向信号；

发射机，其可通信地联接到所述轴向位移传感器用于将所述轴向信号发送到水面；

接收机，其位于所述水面平台处且可通信地联接到所述发射机用于在所述水面处接收所述轴向信号；

操作者界面装置，其可通信地联接到所述接收机；并且

其中，所述操作者界面装置定位成靠近钻机的操作者，使得所述接收机可将所述轴向信号发送到所述操作者界面以用于进一步传送所述信号。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述轴向位移传感器包括：

管，其定位在所述主体内，所述管具有至少一个电磁线圈；

铁磁体芯，其部分地定位在所述管内，使得通过所述管的芯的移动产生电气输出；

其中，所述芯的端部与所述柱塞相互作用以响应于所述柱塞的轴向移动而移动；并且

其中，用于为可释放地固连到所述下入工具的套管悬挂器密封件充能的所述柱塞相对于所述主体的轴向移动将使所述芯移动通过所述管，从而生成传达所述柱塞相对于所述主体的轴向位移的量的轴向信号。

13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，还包括编码器，其定位在所述杆和所述主体之间以检测所述杆和所述主体之间的相对旋转并作为响应而生成旋转信号以用于通过所述发射机和所述接收机而传送到所述操作者界面装置。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述编码器包括：

光源，其定位在所述杆上，使得所述光源可径向向外导向光；以及

代码柱，其定位在所述主体的内径上，使得所述代码柱可暴露于由所述光源产生的光以生成旋转信号。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于：

所述代码柱限定多个窗口，所述多个窗口允许来自所述光源的光穿过所述代码柱到所述代码柱之后的表面；

在所述主体的内径表面上放置有光电二极管；并且

在所述杆相对于所述主体的旋转期间，所述光电二极管通过所述代码柱的多个窗口而交替地暴露于所述光源和被挡离所述光源。

16.一种用于下入水下井口装置的方法，包括：

(a) 提供连接到所述水下井口装置的下入工具，所述下入工具具有编码器和轴向位移传感器，所述编码器和轴向位移传感器联接到下入工具内以用于检测下入工具的相对旋转和位移；

(b) 将所述下入工具在下入管柱上从水面平台下入到水下立管，并将所述水下井口装置定位在水下井口组件中；

(c) 操作所述下入工具以将所述水下装置设置在所述水下井口组件中；

(d) 响应于所述水下装置的设置而在所述编码器和所述轴向位移传感器中生成信号；

(e) 将来自所述编码器和所述轴向位移传感器的信号发送到在所述钻机处的显示器；然后

(f) 以操作者所理解的方式呈现所述信号。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括旋转所述下入管柱以使所述下入工具的杆相对于所述下入工具的主体旋转，以便在所述编码器中生成信号。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括沿所述立管管柱向下施加液压力以使所述下入工具的柱塞相对于所述下入工具的主体轴向移动，以便在所述轴向位移传感器中生成信号。

19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括：

在海面以上的位置处将接收机连接到所述下入管柱中；其中

步骤(e)包括以声音方式发送所述信号到所述接收单元。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，以声音方式发送所述信号包括通过所述下入管柱的管发送所述信号。

Images