CN106030020B - 用于钻机上的钻杆管理的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种设备和方法，包括：用于在钻机上移动管件立根的排放架装置；协作地布置成从排放架装置接收管件立根并且在竖直布置中支撑管件立根的指板；以及与排放架装置通信并且被构造成控制排放架装置的排放控制系统。排放控制系统可包括管件管理系统，所述管件管理系统接收与井计划和钻工设置有关的数据、评定井计划和钻工设置、并且基于井计划和钻工设置，开发排放计划，该排放计划安排在钻井过程中使用的管件立根的推荐排放位置。

Description

用于钻机上的钻杆管理的方法和系统

技术领域

本公开涉及用于管理钻机上的钻杆的系统、装置和方法。更具体地，本公开涉及用于排放、操纵和使用钻机上的钻杆的系统、装置和方法。

背景技术

烃的勘探和生产需要使用也称为钻杆的许多类型的管件。管件包括但不限于钻杆、套管以及在井结构中使用的其它可螺纹连接的元件。结合的管件的钻具组、或钻柱通常用于钻井眼，并且关于套管，防止在钻井之后井眼的塌陷。这些管件正常地在两个或更多个通常称为“立根”的组中组装以便竖直地存储在钻塔或井架中。钻塔或井架可以包括通常称为指板的存储结构。指板典型地包括各自能够接收多个“立根”的多个竖直地细长的支撑结构或“指状物”。

旋转钻井和顶部驱动钻井系统通常采用这些立根，而不是单个管件，以通过减少在井眼中或直接在井眼上方建立钻柱所需的连接的量来增加钻井操作的效率。然而，将管件从水平位置操纵到竖直位置、组装立根和将立根提供在指板与井中心之间是危险的并且可能是相当无效率的操作。

此外，管件在指板中的组织的缺乏可能引起无效率。例如，在钻井操作中，可能在钻井过程中的某些时间需要某些尺寸或类型的管件，而可能在其它时间需要其它尺寸或类型的管件。使某些管件来回移动以便仅接近其它管件可能减慢钻井过程，这增加钻机时间和井操作费用。

而且，因为某些管件在不同的井中重复使用，因此某些管件可能重复地暴露于高应力情况，导致比预期失效更早失效，延迟井进程并增加钻井成本。

发明内容

本公开涉及克服现有技术的缺陷中的一个或多个缺陷的系统和方法。

附图说明

本公开当阅读附图时从以下详细说明中被最佳地理解。应强调，根据工业中的标准实践，各种特征不按比例绘制。实际上，为了论述清楚，各种特征的尺寸可以任意地增加或减小。

图1是根据本公开的一个或多个方面的示例性装置的示意图。

图2是根据本公开的一个或多个方面的图1的装置的俯视图的示意图。

图3是根据本公开的一个或多个方面的示例性装置的框图。

图4是根据本公开的一个或多个方面的方法的至少一部分的流程图。

图5是根据本公开的一个或多个方面的方法的至少一部分的流程图。

图6是根据本公开的一个或多个方面的指板的俯视图的示意图。

图7是根据本公开的一个或多个方面的指板的俯视图的示意图。

图8是根据本公开的一个或多个方面的指板的俯视图的示意图。

图9是根据本公开的一个或多个方面的指板的俯视图的示意图。

图10是根据本公开的一个或多个方面的方法的至少一部分的流程图。

图11是根据本公开的一个或多个方面的方法的至少一部分的流程图。

图12是根据本公开的一个或多个方面的指板的俯视图的示意图。

具体实施方式

应理解，以下公开提供用于实现各种实施例的不同特征的许多不同的实施例或示例。部件和布置的具体示例在下面被描述以简化本公开。当然，这些仅是示例并且不旨在限制。此外，本公开可能在各种示例中重复参考数字和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的并且自身并不指示所论述的各种实施例和/或构造之间的关系。而且，在随后的说明中第一特征越过第二特征或在第二特征上的形成可以包括其中第一特征和第二特征以直接接触形成的实施例，并且还可以包括其中另外的特征可以介于第一特征和第二特征之间形成使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。

本文描述的系统、设备和方法可用于开发和执行实现指板中的管件的有效放置和进入和/或维持代表单个钻杆或立根的磨损或应力暴露的信息的记录的钻杆管理计划。钻杆管理计划可以由钻杆排放架使用，自动地或在操作者的直接控制下，以在钻井操作或起下钻操作期间实现对钻杆立根的有效进入的位置中排放钻杆立根。钻杆立根可以当它们将在操作中使用、暴露于高磨损或高应力或其它因素时在基于尺寸的位置中排放。通过协调每一个立根的排放位置，当起下钻时或当建立管柱(string)时可以获得效率。

图1-3显示了本公开的系统100，其可以是钻机设备，其中图1示出了系统的侧面轮廓且图2示出了系统的竖直轮廓。图3是示出了系统100的操作系统的示例性元件的框图。将首先参考图1和图2来描述系统100。在某些示例中，系统100可以形成具有约35×35英尺的钻台尺寸的可移动钻机的一部分，尽管较大和较小的钻机被考虑。在某些实施例中，钻机小于约1600平方英尺。在其它实施例中，钻机小于约1200平方英尺。在某些实施例中，本文公开的系统100允许在尺寸有限的钻机上使用排放架装置。在示出的实施例中，系统100布置成偏离井中心建立立根，或者偏离井中心和v-门之间的行进路径建立立根，同时维持在标准尺寸的可移动钻机上。在某些实施例中，系统100可以使用在钻台中的偏移的狭窄孔来建立立根。因此，系统100可以允许井中心操作(诸如钻井)与在狭窄孔中建立立根同时执行。其可以做这些是因为建立立根的狭窄孔是偏移的且不与钻井操作干扰。这样，立根建立的过程不会影响钻机在井中心执行钻井操作的能力。

图1和图2示出的系统100包括钻机101，该钻机101带有基于钻机的结构和支撑件102以及排放架装置104，排放架装置104在基于钻机的结构和支撑件102上操作。例如，基于钻机的结构和支撑件102包括井架106、指板108、x方向驱动器支撑结构110、装载(stowed)在竖直位置中以允许系统操作的跳水板112、离线铁钻工114、井中心116、井中心钻工118、钻台狭窄孔120、左侧离线狭窄孔122、右侧离线狭窄孔124、指板支撑结构126、y方向驱动器支撑结构128、和指板108的指状物130。如本文使用的，左侧是当从钻机101上的v-门134朝向井中心116看时在中心线132的左侧上的系统的部分，并且右侧是当从v-门134朝向井中心116看时在中心线132的右侧上的系统100的部分。

排放架装置104包括模块化排放架上柱驱动器140、模块化排放架升降机142、下驱动器滑架144、上驱动器滑架146和排放架支撑柱148。钻杆立根150在图1和图2中示出并且可以通过在基于钻机的结构和支撑件102上的排放架装置104转移到狭窄孔中的位置以组装或拆卸，转移到指板108内和转移到指板108外，以及在其它转移位置之中转移到井中心116内或外。

排放架支撑柱148可以由单个梁或多个梁形成，并且可以以单个长度或结合在一起的多个长度形成。在某些实施例中，排放架支撑柱148是结构支撑件，上驱动器滑架146可以沿着该结构支撑件在轮上向上或向下移动。

在某些示例性实施例中，上柱驱动器140被构造成使排放架支撑柱148的上部部分沿着y方向驱动器支撑结构128和沿着x方向驱动器支撑结构110移动。因此，其可以具有布置在y方向支撑结构128和排放架支撑柱148之间的界面处的一部分，并且其可以具有布置在y方向驱动器支撑结构128和x方向驱动器支撑结构110之间的界面处的一部分。此外，其可以操作排放架升降机142并且可以被构造成沿着排放架支撑柱148升高和降低上驱动器滑架146。排放架升降机142可以与上柱驱动器140操作地接合并且可以由上柱驱动器140驱动。在某些实施例中，其在竖直方向上沿着排放架支撑柱148向上或向下移动上驱动器滑架146。

下驱动器滑架144和上驱动器滑架146协作以操纵管件和/或立根。下驱动器滑架144还包括驱动系统，该驱动系统允许下驱动器滑架144沿着钻台位移。在某些实施例中，这沿着布置在钻台上的或与钻台相邻布置的导轨或轨道(未示出)发生。下驱动器滑架144和上驱动器滑架146可以分别包括下操纵臂和夹紧头154以及上操纵臂和夹紧头156。每一个包括操纵臂155和夹紧头157。夹紧头157可以被设定尺寸和成形为打开和关闭以抓住或保持管材，比如，管件或立根。操纵臂155可以朝向和远离排放架支撑柱148移动夹紧头157。这些上操纵臂和夹紧头156以及下操纵臂和夹紧头154被构造成伸出以将钻杆立根插入指板108或将钻杆立根从指板108移除。也就是说，上操纵臂和夹紧头156以及下操纵臂和夹紧头154在y方向、x方向或某些其它方向从排放架支撑柱148向外延伸，以夹持到在指板108中的钻杆立根上或以其它方式固定在指板108中的钻杆立根或者将钻杆立根放置在指板108中。如上面示出，上驱动器滑架146可以在z方向上沿着排放架支撑柱148操作。在某些方面，其由升降机142操作。

指板108是由间隔开以接收钻杆立根并将钻杆立根维持在基本上竖直的定向中的多个指状物130形成的台架(rack)。指状物130基本上相互平行地延伸，并且在示出的实施例中，形成左侧指板部108a和右侧指板部108b。在图6中的这些部分108a、108b对齐，使得指状物130全部都在与在井中心116和v门134之间延伸的线基本上垂直的方向上在平行线中延伸。在其它实施例中，每一个部分108a、108b的指状物130彼此平行并且与在井中心116和v门134之间延伸的线倾斜。在指板108的两个部分108a、108b之间的间隔形成提供用于排放架装置104在v门134和井中心116之间移动的行进路径的间隙113。指板支撑结构126是支撑指状物并且给指板108提供刚性的框架支撑结构。

在示出的实施例中，x方向驱动器支撑结构110和y方向驱动器支撑结构128是比指板108布置在更高高程(elevation)的结构梁。在某些实施例中，x方向驱动器支撑结构110和y方向驱动器支撑结构128比指板108内的立根布置在更高的高程处。例如，它们可以布置成高于双立根或三立根。在示出的示例性实施例中，x方向驱动器支撑结构110包括在与指板108的部分108a、108b之间的间隙113平行的x方向上延伸的两个平行的支撑结构。在某些实施例中，x方向驱动器支撑结构110可以相对于井架106和其它支撑结构固定到位。y方向驱动器支撑结构128可以由x方向驱动器支撑结构110携带并且可以在x方向上沿着x方向驱动器支撑结构110移动。在该实施例中，y方向驱动器支撑结构128是梁。如下面将解释的，排放架装置104可以沿着y方向驱动器支撑结构128移动，从而在y方向上提供排放架装置104的可移动性。此外，y方向驱动器支撑结构128可以沿着x方向驱动器支撑结构110移动，从而在x方向上提供排放架装置104(由y方向驱动器支撑结构128携带)的可移动性。值得注意的是，在操纵立根的标准操作期间，排放架装置104的排放架柱支撑件148可以在x方向上在指板108的部分之间的间隙113中移动。在排放架装置如此定位的情况下，当将立根放置在指板108、狭窄孔或井中心116中或者从指板108、狭窄孔或井中心116移除立根时，上操纵臂和夹紧头156以及下操纵臂和夹紧头154在y方向、x方向或从排放架支撑柱148倾斜的方向上向外延伸。

如图2中看到的，x方向驱动器支撑结构110从在x方向上在井中心116和v门134之间延伸的线132偏移。由于此，排放架支撑柱148可以在x方向上移动，但是也可以被装载或者在y方向上离线移动。如本文使用的，术语“离线”意指包括从在x方向上延伸穿过井中心116和钻机的v门134的线132偏移的位置。在图2中，该线通过虚线132代表排放控制系统，该虚线132在井中心116和v门134之间延伸，提供通向钻台的入口。钻机系统的另外的细节可以在于2014年1月21日提交的美国申请No.14/159,722中找到，该申请通过引用并入本文。

系统100还包括排放控制系统180，该排放控制系统180控制排放架装置104和其它钻机部件，同时还产生和开发用于管理管件或立根的排放计划，作为钻井操作的一部分。在某些实施例中，排放控制系统180可以布置在钻机上，比如钻工的机舱中，可以布置在离开钻机的控制卡车中，或者可以布置在钻井场所周围的别的地方。在某些实施例中，排放控制系统180远离钻井场所布置，比如在远离钻井场所的中心钻井监视设施中。

图3是示出了包括排放控制系统180和排放架装置104的系统100的某些元件的框图。在该实施例中，排放控制系统180产生用于在指板108内放置管件的排放计划并且控制排放架装置104和其它钻机部件以构造和拆卸立根并且自主地将管件操纵到指板108内和指板108外以及将管件操纵到井眼内和井眼外。尽管上面参考系统100进行了描述，但是排放控制系统180可以与具有与本文段落中描述的那些不同的安排(setup)和部件布置的其它钻机系统一起操作。

排放控制系统180包括管件管理系统184和资产管理系统186。管件管理系统184是基于来自井计划的信息和其它信息而确定和分配用于在指板108内放置管件的指板108中的位置的计算机系统。因此，管件管理系统184被构造成以执行有效的钻井和钻机操作的方式组织管件立根。资产管理系统186被构造成监视和跟踪单个管件和立根的磨损和条件。资产管理系统186可以跟踪和存储与先前使用、先前施加的应力、在钻柱内的先前位置有关的信息、和与管件立根上的磨损有关的其它信息。使用该信息，资产管理系统186可以提供例如由管件管理系统184使用的数据，以基于特定管件或立根的剩余强度和耐用性来分配在钻柱内的位置和在指板内的位置。

管件管理系统184包括存储器190、处理器192和操作者界面194。处理器192可以是带有能够执行逻辑功能的电源、输入和输出引脚的集成电路，或者可以是控制执行不同功能的不同部件的控制器。处理器192可以是在本领域已知的任何处理器，并且可以由多个处理器组成，并且可以是在本领域已知的其它类型的控制器的一部分或可以由在本领域已知的其它类型的控制器形成。为了执行井计划，处理器192被构造成处理存储器190中的信息和由钻井操作者提供的信息以产生排放计划且在钻井操作期间执行排放计划。

存储器190可以是与处理器192对接的半导体存储器、或者能够存储由处理器192访问的信息或指令的任何其它存储器。在一个示例中，处理器192能够向存储器190写入和从存储器190读取。例如，处理器192能够被配置成读取与系统操作相关的数据并且将该数据写入到存储器190上。处理器192还能够执行其它存储器功能，比如擦除或重写存储器190、检测存储器190何时满、和与管理半导体存储器有关的其它常见功能。在某些方面，存储器190包括用于创建用于存储管件立根和/或用于构造或分解管件立根的管件管理计划的可执行程序、数据、过程和指令。其还可以包括用于作用于来自资产管理系统186的数据上以取决于先前施加在管件或立根上的磨损或应力的量来将个别管件或立根分配到定位或位置的可执行程序、数据、过程和指令。在某些实施例中，存储器190包含本地存储器和存储与系统操作、部件数据有关的信息或其它信息的较大的数据库存储器。

操作者界面214允许操作者输入和接收与井计划、钻工设置有关的信息、或当开发或执行管件排放计划时可能有用或者应由管件管理系统184考虑的其它信息。这可以包括在本领域已知的任何输入设备和任何输出设备，包括键盘、鼠标、旋钮、开关和显示屏等。

资产管理系统186可以紧邻或远离管件管理系统184布置。在某些实施例中，资产管理与管件管理系统184共享共同的存储器和处理器，使得资产管理系统和管件管理系统两者都是在相同的服务器或计算机上操作的过程。在其它实施例中，资产管理系统186远离管件管理系统184布置并且它们可以使用任何网络媒介通信。资产管理系统186包括存储器196，该存储器196可以包括存储与在井计划中使用的多个管件或立根有关的信息的数据库。在某些实施例中，存储器196可以输出或输入从其它井场所收集或获得的信息，并且可以用作多个井场所的信息库。处理器198可以是如上面对于处理器192所描述的处理器、或其它处理器。

管件管理系统184可以从资产管理系统186接收信息或数据以使管件管理系统184能够开发排放计划，将指示特定管件或立根的使用寿命的信息考虑进去。例如，从资产管理系统186接收的信息可以包括与具体管件有关的磨损数据和施加应力数据。基于该信息，管件管理系统184可以起作用以通过将它们分配到具有比钻柱中的其它位置低的应力或磨损的钻柱中的位置来减少由资产管理系统186识别的具体管件上的应力量。然后，可以考虑钻柱中的期望的或分配的定位来确定排放位置。

排放控制系统180与排放架装置104和/或钻机系统100上的其它部件通信以执行排放计划。排放控制系统180可以传达信号、指令或其它信息以便以执行排放计划的方式操作排放架装置104。在某些实施例中，排放控制系统180向排放架升降机142、操纵臂和夹紧头154、156、上驱动器滑架146、下驱动器滑架144和上柱驱动器140发送信号或控制信号。在排放控制系统180的控制下，排放架装置104可以执行排放架计划。值得注意的是，某些示例性实施例具有与排放控制系统180协作、形成排放控制系统180的一部分或者包括排放控制系统180的集成钻机控制系统。该系统可以利用井计划输入并且可以控制钻机的部件，比如顶部驱动器、泥浆泵、绞车、钻工、液压升降机、卡瓦、固相控制、电源系统、防碰撞和辅助功能。排放控制系统和钻机控制系统的集成或协作可以产生具有自主控制能力的全自动化钻机。在某些方面，该自动化钻机除了指定的设定以外将不需要钻工输入，并且允许钻工转移到监督位置，确保钻机和控制器根据规定的井计划作用。在某些方面，使用者可以在钻机系统100中输入包括识别通井(wiper trip)需要的固相控制输入的钻工设置。这可导致用于通过通井的固相控制目的的未计划的起下钻。

图4是示出了创建由排放架装置104或钻机系统100的其它部件执行的排放架计划的示例性方法的流程图。例如，该方法可以通过排放控制系统180执行。在某些示例中，排放架计划在执行之前完全产生。在其它示例中，排放架计划在计划正被执行时实时产生。图4中的方法在202接收井计划开始。井计划可以被输入、上传或以其它方式转移到排放控制系统180内。在某些实施例中，井计划被输入管件管理系统184的存储器190中。在其它实施例中，井计划由管件管理系统184评定，但是存储在别的地方。井计划可以由操作者提供并且可以将与地理学、危险和用于执行和完成钻井操作的其它信息有关的钻井因素考虑进去。在某些实施例中，井计划考虑水深(如果适用的话，比如在近海钻井操作中)、导管深度、按测量深度和总竖直深度的套管区段(包括套管悬挂器的位置)。在井计划中的其它信息可包括按套管区段的井底钻具组合和孔尺寸、钻杆尺寸(例如5英寸S135)、按推荐的井的区段的泥浆重量，以及其它因素。在某些方面，井计划还可以包括甩出(kickoff)位置、偏差角度，包括目标测量深度和总竖直深度、倾斜和方位。某些井计划包括胶接要求、钻井后套管要求、液压和旋转转矩要求、和预期的环境因素，比如温度和压力。在某些实施例中，操作者设定完整的井计划且将其引入到管件管理系统内或在管件管理系统184内创建完整的井计划。在某些实施例中，不是将完整的井计划输入或导入到管件管理系统184内，而是仅某些关键因素被输入或导入到管件管理系统184内。

在方法200中的204处，钻井承包商可以提供用于系统100的钻机元件的钻工设置。例如，钻工设置可以包括钻台规格和要求以及装备要求，比如指板规格。该设定还可包括对于系统100的操作者偏好。例如，设定可以包括期望的管件布置，比如钻杆立根的钻工侧与非钻工侧的加载。它们还可以包括比如首先在与钻工机舱相对的指板侧上放置钻杆立根的偏好。在某些钻机布置中，这可以提供从钻机上的钻工机舱对排放架装置104的更好观察。钻工设置还可以包括钻机和钻柱设定信息，比如期望的排放位置和井底钻具组合(BHA)和钻铤的规格，例如，包括具体长度或重量。在一个示例中，BHA是130英尺长，尽管其它长度被考虑。其可以包括钻头定心器、钻铤和泥浆马达。因此，管件管理系统184可以在开发特定钻井操作的排放计划时考虑BHA的长度。BHA和钻铤的尺寸和规格在排放控制系统180为这些部件开发排放计划时也可是重要的。可以作为钻工设置输入的其它因素可以包括钻杆尺寸和范围。例如，在某些实施例中，钻工设置可以包括作为钻杆规格的5英寸空间S-135范围2(31英尺)。其还可以包括按区段的BHA布置。另外的信息可以被包括在用于钻机自身的钻工设置中，例如用于评估沿孔向下和/或通过固相控制系统的泥浆的系统和方法。该固相控制系统可以指定何时钻机操作可能需要被提供的所需参数，比如通井到指定深度，导致钻机从孔起钻。

基于接收的井计划和建立的钻工设置，管件管理系统184可以在206确定按套管区段的推荐指板布置。也就是说，排放控制系统180的管件管理系统184可以基于井计划和钻工设置来确定或产生用于套管的推荐指板布置。步骤206的另外的细节将在下面参考图5进一步论述。

在图4的208，管件管理系统184可以接收来自资产管理系统186的信息。如上面所指示，资产管理系统186可以提供与特定立根或管件的先前使用有关的信息，并且可以包括规格和历史数据，比如例如，钻杆直径(例如4.5英寸或5英寸，例如)、范围、长度、检查历史、服务和维修历史，以及按阶段、位置和/或应力的其井历史。在某些实施例中，来自资产管理系统186的信息是在管件管理系统计算中导入和使用以确保先前经受高应力、高加载或物理磨损的管件或立根可以主要地在钻柱中的较低应力、较低加载或较少物理磨损的位置使用的外部数据。可以通过直接地访问资产管理系统186的存储器(不管是本地还是远程)或者通过使信息经由可传输的存储驱动器传送而接收信息。

在210，管件管理系统184识别在每一个立根中使用的管件。其可以在管件被引入v-门时、在管件被引入狭窄孔时、或者在立根建立过程之前或期间的某些其它时间做这些。管件可以利用任何数目的方法来识别。某些示例性方法使用加标签系统来识别管件和立根。加标签系统可包括每一个单独的管件或立根独特的且与每一个单独的管件或立根相关联的特定标签或标记。例如，在管件上的条形码、数字组、或其它标记可以用于唯一地识别单独的管件或立根。标识符可以被扫描或以其它方式输入到管件管理系统184内。在某些实施例中，规格或历史信息中的某些或全部可以通过管件或立根上的标签或标记而不是单独的数据库来表示。例如，在一个实施例中，标签表示特定管件的规格信息。

在212，管件管理系统184基于规格和历史使用数据评定每一个识别的管件。这可以包括通过关联来自资产管理系统186的信息和/或识别标签或标记来评定立根，包括评定与构造立根的管件有关的接收的历史信息或规格信息。评定可以应用与管件条件和剩余使用寿命有关的额定值或其它可跟踪的指示物。可替代地，其可以应用在管件上的磨损或先前施加的应力的量的额定值或可跟踪的指示物。

在214，管件管理系统184为井计划的每一个套管区段构造立根，并且基于来自管件资产管理系统的数据来评定立根。构造立根可以包括操作排放架装置104以离线或在线建立立根。在做这个中，管件管理系统184可以控制可以通过v-门134接收管件、可以将管件携带到钻台狭窄孔120或其它狭窄孔且可以使用管件建立立根的排放架装置104。

在216，管件管理系统184基于在构造期间管件的评定且基于指板布置来确定在分配的指板布置中的每一个立根的推荐位置。例如，管件管理系统184可以评估与管件有关的历史和数据并且可以基于历史和数据来指定指板中的存储位置。相应地，包括先前经受先前井中的高应力的管件的立根可以排放在指板108中的将与在钻柱中的低应力位置对应的位置中。在某些实施例中，管件管理系统184可以考虑关于每一个钻杆和每一个立根的信息。这些可以与建立立根同时地进行测量和检查。

在218，每一个建立的立根被排放在指板108中推荐的位置。在立根排放在指板108中的情况下，根据井计划的钻井可以以有效的方式执行。这可以包括：控制排放架装置104以从指板108拉动立根，将立根在井中心116上移动，并且将立根连接到钻柱使得管件立根能够前进到井眼。随着每一个管件和/或立根被引入钻孔内，在资产管理系统186中的管件历史或立根历史可以被更新以指示立根的使用或管件的使用。相应地，资产管理系统222可以被更新以指示在钻柱内立根或管件的另外的位置和基于在钻柱内立根或管件的位置可能发生的预期的应力或磨损。在某些情形中，这包括扫描和识别与管件或立根相关的信息(例如诸如条形码标记的标签，或者其它标识符)。然后，资产管理系统186可以识别和跟踪具体管件或立根上的磨损。

图5示出了用于执行图4的步骤206以确定按照套管区段的推荐指板布置的示例性方法。按照套管区段的指板布置由管件管理系统184使用钻工设置和在图4中的步骤202、204接收的井计划信息来确定。在某些实施例中，钻工设置包括优选的钻台安排信息。除本文公开的其它钻工设置之外，这还可以包括可以是特定钻机所特有的或操作者的特定偏好的另外的信息。例如，优选的钻台安排可以包括基于钻工偏好或基于钻台尺寸和布局识别立根或管件的具体位置或立根或管件的具体布置。在一个示例中，基于钻井中心116的相对位置，操作者可能期望在填充指板的钻工侧之前填充指板的非钻工侧。取决于钻杆如何被引入钻机，操作者可能期望首先填充非钻工侧以产生效率或通过将立根放置在它们不与视觉观察干扰的地方而维持宽的视觉范围。某些操作者可能喜欢按次序填充钻工侧指板，以最靠近井中心116的位置开始并且朝向v-门134延伸。优选的安排可以包括保留或旨在保持未填充的指板分配。优选的安排还可以包括钻杆尺寸信息的确认。例如，钻工可能喜欢确认钻杆范围和尺寸，比如范围2是在31英尺至32英尺之间，或者范围3是在40英尺和45英尺之间。在某些情形中，钻工偏好可包括确认BHA尺寸，比如在三个区段中130英尺长，每一个区段具有40至45英尺的长度。优选的指板安排可以包括其它管件布置分配偏好。例如，操作者可以保留每一个立根排的端点被留空。相应地，代替每排十个立根，例如，管件管理系统可以分配每排仅九个立根。

在一个示例中，钻台安排考虑指板布局或容量以产生排放计划。图6示出了指板108的示例性布局。更具体地，其示出了井中心116、狭窄孔120、和可以接收在执行井计划时使用的立根的指板108中的位置。在图6中，每一个圆识别立根的可能的位置。如图6中所看到，许多较靠近井中心116布置的立根位置280在直径方面比在其它立根位置大。这些立根位置280可用于容纳较大直径装备和钻杆立根，比如与BHA关联的那些或诸如钻头定心器、钻铤和泥浆马达的其它较大部件。在该实施例中，管件立根的剩余可利用位置(其中某些标记为282)全都显示为适合于类似尺寸的管件立根。

返回到图5，在252，管件管理系统184产生用于井计划的第一部分的指板计划。这可包括分配管件立根来执行井计划的第一部分。这参考图7描述。

图7示出了在252创建的用于井计划的第一部分的产生的布局或推荐的指板计划。在图7示出的实施例中，在248利用钻工设置建立的优选的钻台安排包括在指板108的相邻指状物130之间的第一管位置保留未分配的偏好。优选的钻台安排还可包括保留或未分配第一排指板108以将立根与可以被分配到位置280的较大直径装备分开。

继续，在252产生指板计划可以考虑井计划、钻工设置和优选的钻台安排。在一个示例中，井计划数据可包括套管长度、泥浆重量、BHA长度、测量深度和立根长度。

用于产生指板计划的示例在下面利用示例性井计划提供。示例性井计划可以包括要求1,250英尺的套管区段具有13-3/8的直径与17 1/2英寸的孔尺寸、要求8.4磅每加仑的泥浆重量且要求1,250英尺的测量深度与1,250英尺的总竖直深度的第一区段。另外的数据可包括100英尺的钻井后套筒(DPC)设定，并且可包括130英尺的BHA长度。管件管理系统184可考虑该信息并且确定测量深度和DPC的总和减去BHA长度等于1250+100-130＝1,220英尺。如果每一个立根等于93英尺，则对于井眼的第一区段需要13.11个立根(1,220除以93等于13.11个立根)。因此，井计划要求5英尺钻杆的14个立根。将此应用到在图7中的钻机指板产生的布局，管件管理系统184为立根分配十四个点284以钻井计划的第一区段。在示出的示例中，这占据指板108中的两排。这样，如图7中所示，考虑井计划、钻工设置和优选的钻井路线安排，管件管理系统184产生用于井计划的第一部分的指板计划。

在256，管件管理系统184产生将指板排分配给用于井计划的第二部分的立根的用于井计划的第二部分的推荐的指板计划。以与上面描述的方式类似的方式，管件管理系统184可以考虑井计划的尺寸方面。

再次，为了示出而不限制，示例性的井计划可包括要求4204英尺的套管区段具有8-5/8英寸的直径与11英寸的孔尺寸、要求8.4-10.1磅每加仑的泥浆重量、并且要求4204英尺的测量深度与4204英尺的总竖直深度的第二区段。基于井计划的要求，管件管理系统184可考虑过去钻过的套管长度和BHA长度以确定井计划的第二区段需要的立根的总数目。例如，将测量DPH减去BHA等于4,204+100-130＝4,174。相应地，钻井计划的第二部分要求立根总共4,174英尺。因为每一个立根为93英尺，这要求44.88个立根，因此，5英尺钻杆的45个立根可以被分配到指板。图8示出了在指板中的45个立根，其中每排9个立根，等于5排立根。因此，如图8示出的第二区段要求在指板中填充5排立根。

值得注意的是，井计划的第二区段包括或加到井计划的第一区段。在该示例中，然而，用于井计划的第二区段的套管区段利用具有与用于井计划的第一区段的套管区段利用的钻杆立根相同直径的钻杆立根。因此，图8中的第一套管区段和第二套管区段的钻杆的立根看起来每一个不可区分的。在其它示例中，然而，用于第一套管区段的钻杆的立根具有与用于第二套管区段的钻杆的立根不同的直径。在不同区段中的不同直径钻杆立根可用于解决(例如限制)起吊载荷同时仍基于钻杆的内直径、泥浆压力和泥浆流量而维持足够的液压能力。

在260，对于井计划的第三部分重复该过程。也就是说，基于井计划和包括优选的钻台安排的钻工设置，管件管理系统184产生用于井计划的第三部分的指板计划。以与上面描述的方式类似的方式，管件管理系统184可以考虑井计划的尺寸方面。再次，为了示出而不限制，示例性井计划可包括要求13038英尺的套管区段具有5-1/2英尺的直径与7-7/8英尺的孔尺寸、要求8.8-9.3磅每加仑的泥浆重量、并且要求13038的测量深度与8047英尺的总竖直深度的第三区段。

考虑测量深度加100英尺的钻井后套管和130英尺的BHA，13038+100-130＝13038英尺。管件管理系统184可以确定对于井计划的第三部分需要139.87个立根。因此，管件管理系统184为井计划的第三区段分配在指板108中140个位置。因此，如图9中所示，井计划可以在指板108内为立根分配16排以执行井计划。

再次，值得注意的是，井计划的第三区段包括或加到井计划的第一区段和第二区段。这里，用于井计划的第三区段的套管区段利用具有与用于井计划的第一区段和第二区段的套管区段利用的钻杆立根相同直径的钻杆立根。因此，用于第三套管区段的钻杆立根看起来与图8中的第一套管区段和第二套管区段的钻杆立根是不可区分的。如上面指示的，在其它示例中，然而，第三套管区段的立根具有与第一或第二套管区段的钻杆立根不同的直径。

在某些实施例中，管件管理系统184可以分配最靠近井中心的指板108中的位置。这可以在排放架装置104将立根从指板108移动到井中心116且从井中心116移动到指板108时提供效率。在另一实施例中，

此外，如上面论述的，某些立根或管件基于管件在钻柱内的位置而比其它立根或管件经受较高的应力。例如，较靠近钻柱中的表面的管件或立根可以比较靠近BHA的管件或立根经受较高的应力。同样，经受在地质构造中侵害路径的那些立根可能经受高应力。因此，当管件用于构成立根时，管件管理系统184可以考虑来自资产管理系统186的数据，并且可以基于它们预期的使用寿命和先前历史来在指板108中放置立根以最小化非故意的过早失效的机会。例如，包括在先前井场所历史地经受高压力的管件的立根可以布置在指板108中与将在当前井场所经受较低应力的位置对应的位置。这可降低将减慢钻井操作且在钻机操作中产生无效率的管件失效的危险。

图10示出了由产生用于管件管理系统184的数据的资产管理系统186执行的示例性方法。这可以在300开始，在300，跟踪标识符被指定给将在井场所使用的每一个管件。在某些实施例中，跟踪标识符在管件的整个生命历史中被维持。相应地，当管件从井场所移动到井场所并且在钻井期间重复使用时，历史数据可以提供剩余使用寿命的指示。与管件有关的规格信息可以在跟踪标识符上指示。例如，跟踪标识符可以代表诸如制造商信息、制造商数据、直径尺寸、材料类型、范围类型、长度和重量的信息。与管件或立根有关的其它信息也可以被记录。在302，在资产管理系统186中的管件历史随着管件被引入孔内而被更新。为了做这些，管件可以在井中心被扫描，或者它们的位置可以被跟踪并且系统可以识别何时管件在井眼处被引入。然后，预期的磨损和预期的施加应力可以在资产管理系统186中添加到管件的历史数据。

在304，跟踪标识符可以被指定给每一个立根。相应地，与立根或管件有关的另外的信息可以被记录和跟踪。再次，信息可以包括与对单独的管件存储的信息类似的信息，比如制造商信息，诸如制造商数据、直径尺寸、材料类型、范围类型、长度和重量。

在306，资产管理系统186跟踪和更新用于特定管件或立根的服务历史记录。例如，服务历史可以包括基于先前使用的应力历史，比如深度、载荷或其它因素。此外，跟踪服务历史可以包括跟踪检查日期、和包括当前长度和当前重量的管件的长度和重量的变化。

在图10中的308，其对应于图3中的步骤208，来自资产管理系统186的信息可以对于每一个管件被传输到管件管理系统184。管件管理系统184可以以上面参考图3论述的方式操作。

管件管理系统184可以采用利用历史信息和井计划信息来管理钻杆通过在钻杆的整个寿命中旋转立根在钻柱中的位置而可能经受的应力水平的算法。例如，对于特定的立根，当前位置可以被指定到与第四排对应的位置，按次序第六。未来位置可以被指定为第八排中的位置，按次序第六。相应地，管件管理系统384可以以在指板108内与其被引入到井眼的次序对应的位置存储立根的方式操作排放架装置104。因此，基于管件标识符的读数和长度和重量的有效性以及管件区段在检查准则内的确认，排放控制系统180可以基于井计划和套管区段利用每一个立根的应力历史来推荐在钻柱内的立根的位置和立根盒(setback)位置。

图11示出了基于指示管件和立根的施加应力和历史数据的数据重新布置在指板108内的立根位置的方法。在图11中的400，管件管理系统184识别对具有不同规格的立根的需要。这可能是修改的井计划、管柱失效或由于其它原因的结果。在402，管件管理系统184修改原始推荐的指板布置以容纳具有不同规格的立根。在某些示例中，这可以包括修改计划以在指板内的不同位置定位具有不同直径的立根。例如，这可以包括重新分配特定尺寸的立根的立根位置以容纳另一尺寸的立根。

在404，管件管理系统184可以控制排放架装置104以构造和排放具有与最初调出的那些立根不同的规格的立根。这些新的立根可以以上面在图3中的214至216描述的方式评定和定购。在406，排放架装置104可以起出井眼中的立根并且根据修改的指板布置排放立根以促进将不同规格的立根引入井眼内的效率。在408，如上面在222所论述，管件管理系统184可以执行钻井计划以将不同规格的立根引入井眼，同时更新资产管理系统186。

图12示出了可以在井计划的第三区段的钻杆的起下钻期间执行的一个重新布置示例。在该示例中，管件管理系统184可能需要在井计划的第四区段重新布置立根。在该示例中，第四区段利用4-1/2英寸钻杆来减少钻柱重量。4-1/2英寸钻杆将位于最靠近钻头。因此，管件管理系统可以在起下钻期间修改推荐的排放计划以针对4-1/2英寸钻杆分配指板108的一部分。在图12中，且与图9相比，5英寸钻杆的位置已经被修改以容纳4-1/2英寸钻杆。相应地，钻井可以以有效且高效的方式发生同时最小化钻井系统的停机时间。

鉴于以上所有和附图，本领域技术人员将容易认识到本公开引入钻机设备，包括：排放架装置，该排放架装置用于在钻机上移动管件立根；指板，该指板协作地布置成从排放架装置接收管件立根并且以竖直布置支撑管件立根；以及排放控制系统，该排放控制系统与排放架装置通信并且构造成控制排放架装置，该排放控制系统包括管件管理系统，该管件管理系统接收与井计划和钻工设置有关的数据、评定井计划和钻工设置、并且基于井计划和钻工设置开发布置在钻井过程中使用的管件立根的推荐的排放位置的排放计划。

在一方面，管件管理系统被构造成接收用于钻机的钻工偏好，并且其中在排放计划被开发时，排放控制系统部分地基于钻工偏好。在一方面，管件管理系统被构造成确定构造井计划的钻井区段所需的管件立根的数目并且针对每一个管件立根分配在指板中的位置。在一方面，钻工设置包括管件布置、用于井底钻具组合的指板中的位置、和钻杆尺寸中的至少一个，排放控制系统被构造成当开发排放计划时考虑钻工设置。在一方面，井计划通过套管区段指定BHA和孔尺寸，排放控制系统被构造成当开发排放计划时考虑BHA和孔尺寸。在一方面，管件管理系统被构造成基于一个或多个管件或管件立根的历史数据分配管件立根的排放位置。在一方面，排放控制系统包括资产管理系统，该资产管理系统被构造成跟踪与具体管件或管件立根有关的信息。在一方面，信息包括历史加载信息，该历史加载信息包括施加到管件或管件立根的应力的量。在一方面，信息包括管件立根的特定管件的规格，该规格包括长度、直径和制造商中的至少一个。在一方面，资产管理系统与管件管理系统共享存储器、处理器或两者。

本公开还引入开发钻机的排放计划的方法，所述方法包括：在排放控制系统中接收利用钻机钻井眼的井计划的信息；在排放控制系统中接收钻工设置信息；以及利用排放控制系统确定指板计划，该排放控制系统评定接收的井计划信息和接收的钻工设置信息、基于该评定为管件立根分配在指板内的管件立根位置以执行井计划。

方法还可包括利用排放控制系统产生控制信号以控制排放架装置来构造管件立根并且在指板中的分配位置排放管件立根。方法还可包括确定构造井计划的钻井区段所需的管件立根的数目并且基于构成钻井区段所需的管件立根的数目为立根分配指板中的位置。在一方面，接收钻工设置包括接收指板中管件布置、用于井底钻具组合(BHA)的指板中的位置、和钻杆尺寸中的至少一个。在一方面，接收井计划包括接收套管区段的孔尺寸和BHA、泥浆深度或距钻机的总竖直深度中的至少一个。方法还可包括考虑与用于构造管件立根中的一个或多个的一个或多个具体管件有关的历史数据，其中该历史数据用于为包括每一个具体管件的管件立根分配在指板中的位置。在一方面，考虑历史数据包括考虑包含施加到管件或管件立根的应力的量的历史加载信息。在一方面，考虑历史数据包括考虑长度、直径和制造商中的至少一个。方法还可包括自动化钻机控制系统，其中排放控制系统被集成到自动化钻机控制系统中，导致自动化钻机控制系统具有用于控制钻机的所有功能的自主控制能力，所述功能包括绞车、顶部驱动器、泥浆泵、钻工、排放、液压升降机、卡瓦、固相控制、电源系统和防碰撞。

本公开还引入非暂时性计算机可读介质，其带有存储在其上以用于确定管件和管件立根在指板中的排放位置的计算机可执行指令。计算机可执行指令包括以下指令：在排放控制系统中接收与利用钻机钻井眼的井计划有关的信息；在排放控制系统中接收钻工设置信息；以及利用排放控制系统确定指板计划，该排放控制系统评定接收的井计划信息和接收的钻工设置信息、并且基于该评定为管件立根分配在指板内的管件立根位置以执行井计划。

前述概述了几个实施例的特征使得本领域技术人员可以更好地理解本公开的方面。这样的特征可以通过许多等同的替代物中的任一个来替换，其中仅某些在此公开。本领域技术人员应理解他们可以容易使用本公开作为设计或修改用于执行相同目的和/或实现本文引入的实施方式的相同优点的其它过程和结构的基础。本领域技术人员还应认识到这样的等同的构造不偏离本公开的精神和范围，且它们可以在不偏离本公开的精神和范围的情况下在此做出各种改变、替换和替代。

在本公开的末尾处的摘要被提供以符合37C.F.R.§1.72(b)以允许读者快速地确认技术公开的本质。应理解，其将不用于解释或限制权利要求的范围或意思。

此外，申请人的表达意图是对于本文的权利要求中的任何权利要求的任何限制不援引35U.S.C.§112(f)，除了权利要求与相关功能一起明确地使用单词“手段”的那些。

Claims (20)

1.一种钻机设备，包括：

排放架装置，所述排放架装置用于在钻机上移动管件立根；

指板，所述指板协作地布置成从所述排放架装置接收管件立根并且在竖直布置中支撑所述管件立根；以及

排放控制系统，所述排放控制系统与所述排放架装置通信并且被构造成控制所述排放架装置，

所述排放控制系统包括管件管理系统，所述管件管理系统接收与待钻的井所特有的井计划有关的数据并且还接收钻工设置、评定所述井计划和钻工设置、并且基于所述井计划和钻工设置开发排放计划，所述排放计划安排在钻井过程中使用的管件立根的推荐排放位置。

2.根据权利要求1所述的钻机设备，其中所述管件管理系统被构造成接收对于钻机的钻工偏好，并且其中所述排放控制系统在所述排放计划被开发时部分地基于所述钻工偏好。

3.根据权利要求1所述的钻机设备，其中所述管件管理系统被构造成确定构造所述井计划的钻井区段所需的管件立根的数目并且为所述管件立根中的每一个管件立根分配在所述指板中的位置。

4.根据权利要求1所述的钻机设备，其中所述钻工设置包括管件布置、用于井底钻具组合的指板中的位置、和钻杆尺寸中的至少一个，所述排放控制系统被构造成当开发所述排放计划时考虑所述钻工设置。

5.根据权利要求1所述的钻机设备，其中所述井计划指定套管区段的孔尺寸和井底钻具组合，所述排放控制系统被构造成当开发所述排放计划时考虑所述井底钻具组合和孔尺寸。

6.根据权利要求1所述的钻机设备，其中所述管件管理系统被构造成基于一个或多个管件或管件立根的历史数据分配管件立根的排放位置。

7.根据权利要求1所述的钻机设备，其中所述排放控制系统包括资产管理系统，所述资产管理系统被构造成跟踪与具体管件或管件立根有关的信息。

8.根据权利要求7所述的钻机设备，其中所述信息包括历史加载信息，所述历史加载信息包括施加到管件或管件立根的应力的量。

9.根据权利要求7所述的钻机设备，其中所述信息包括管件立根的特定管件的规格，所述规格包括长度、直径和制造商中的至少一个。

10.根据权利要求7所述的钻机设备，其中所述资产管理系统与所述管件管理系统共享存储器、处理器或两者。

11.一种开发钻机的排放计划的方法，所述方法包括：

在排放控制系统中接收待钻的井所特有的井计划的信息；

在排放控制系统中接收钻工设置信息；以及

利用所述排放控制系统确定指板计划，所述排放控制系统评定接收到的井计划信息和接收到的钻工设置信息，并且基于所述评定，为管件立根分配在指板内的管件立根位置以执行所述井计划。

12.根据权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括：

利用所述排放控制系统产生控制信号以控制排放架装置来构造管件立根并且在所述指板中分配的位置中排放所述管件立根。

13.根据权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括：

确定构造所述井计划的钻井区段所需的管件立根的数目，并且基于构成所述钻井区段所需的管件立根的所述数目为所述立根分配在所述指板中的位置。

14.根据权利要求11所述的方法，其中接收所述钻工设置包括接收指板中的管件布置、井底钻具组合的在所述指板中的位置、和钻杆尺寸中的至少一个。

15.根据权利要求11所述的方法，其中接收所述井计划包括接收套管区段的孔尺寸和井底钻具组合、泥浆深度、或距所述钻机的总竖直深度中的至少一个。

16.根据权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括：

考虑与用于构造所述管件立根中的一个或多个管件立根的一个或多个具体管件有关的历史数据，其中所述历史数据用于为包括每一个具体管件的管件立根分配在所述指板中的位置。

17.根据权利要求16所述的方法，其中考虑历史数据包括考虑历史加载信息，所述历史加载信息包括施加到管件或管件立根的应力的量。

18.根据权利要求16所述的方法，其中考虑历史数据包括考虑长度、直径和制造商中的至少一个。

19.根据权利要求16所述的方法，包括自动化钻机控制系统，并且其中，所述排放控制系统被集成到所述自动化钻机控制系统中，导致所述自动化钻机控制系统具有用于控制所述钻机的所有功能的自主控制能力，所述功能包括绞车、顶部驱动器、泥浆泵、钻工、排放、液压升降机、卡瓦、固相控制、电源系统和防碰撞。

20.一种非暂时性计算机可读介质，具有存储在其上的用于确定管件和管件立根在指板中的排放位置的计算机可执行指令，所述计算机可执行指令包括以下指令：

在排放控制系统中接收与待钻的井所特有的井计划有关的信息；

在所述排放控制系统中接收钻工设置信息；以及

利用所述排放控制系统确定指板计划，所述排放控制系统评定接收到的井计划信息和接收到的钻工设置信息，并且基于所述评定为管件立根分配在指板内的管件立根位置以执行所述井计划。