CN109328256A - 基于图像的钻井作业系统 - Google Patents

Abstract

一种钻机现场可以包括：至少一个管件，所述管件被构造成插入所述钻机处的井筒中；至少一个成像装置，所述成像装置被构造成检测所述至少一个管件的端部或所述至少一个管件的特征的位置；以及处理器，所述处理器接收来自所述至少一个成像装置的输入，并且被构造成计算所述至少一个管件的所述端部与另一个元件之间的距离、所述至少一个管件的直径或所述至少一个管件的移动。一种用于在钻井现场完成钻井作业的方法可以包括：捕获钻井现场的管件的图像，所述管件被构造成插入所述钻井现场的井筒中；从所述图像检测所述管件的端部或所述管件的特征的位置；以及确定所述管件的直径、所述管件的所述所检测端部与另一个元件之间的距离，或所述管件的移动。

Description

基于图像的钻井作业系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年5月25日提交的第62/341,522号美国专利申请的优先权，所述美国专利申请以引用的方式整体并入本文中。

背景技术

钻机用于在钻探产生油或其它碳氢化合物的井眼时常用的钻井方法和系统中。钻机可包括动力旋转装置，例如方钻杆驱动器和转盘，或顶部驱动器，所述动力旋转装置将扭矩传递到钻柱。钻柱使位于其最下端的钻头旋转，从而在钻机下方的地层中产生井眼。

钻柱通常由多个管件组成，这些管件被按顺序添加到钻柱中，使得当钻井筒时，钻柱从井筒突出的部分保持在指定的高度范围内。由钻机上的设备执行以将管件添加到钻柱的操作可取决于管件的特征。管件之间的距离、管件的螺纹特性以及构成钻柱的管件所经受的扭矩和旋转速度可以告知钻机设备的期望操作。可能希望在钻机现场实时测量这些特性和其它特性。

当管件不在优选位置时，没有所述测量的钻机现场可能实时或接近实时经历由钻机设备的开始或停止操作引起的低效率。未通过所述测量告知其操作的钻机现场的部件可能由于在非理想条件下操作而受到损坏。

发明内容

在一个方面，本公开涉及一种钻机现场，所述钻机现场包括：至少一个管件，所述管件被构造成插入钻机处的井筒中；至少一个成像装置，所述成像装置被构造成检测所述至少一个管件的端部或所述至少一个管件的特征的位置；以及处理器，所述处理器接收来自所述至少一个成像装置的输入，并且被构造成计算所述至少一个管件的所述端部与另一个元件之间的距离、所述至少一个管件的直径或所述至少一个管件的移动。

在另一方面，本公开涉及一种用于在钻机现场完成钻井作业的方法，所述方法包括：捕获钻机现场的管件的图像，所述管件被构造成插入所述钻机现场的井筒中；从所述图像中检测所述管件的端部或所述管件的特征的位置；以及确定所述管件的直径、所述管件的所检测端部与另一个元件之间的距离，或所述管件的移动。

根据以下描述和所附权利要求，其它方面和优点将显而易见。

附图说明

图1是根据本公开的钻机现场的示意图。

图2是根据本公开的钻机现场的示意图。

图3是根据本公开的钻机现场的示意图。

图4a是根据本公开的计算系统的示意图。

图4b是根据本公开的计算系统的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图详细描述本公开的实施方案。为了一致性，各个图中的相同元件可以由相同的附图标记表示。此外，在本公开的实施方案的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对所要求保护的主题的更透彻的理解。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文公开的实施方案。在其它情况下，没有详细描述众所周知的特征以免使描述不必要地复杂化。另外，对于本领域普通技术人员显而易见的是，可以在不脱离本公开的范围的情况下改变附图中呈现的元件的比例。

在一个方面，本公开涉及一种钻机现场，所述钻机现场包括至少一个管件、至少一个成像装置和至少一个处理器。管件可以被构造成插入钻机处的井筒中。成像装置可以被构造成捕获至少一个管件的端部的位置的图像。处理器可以接收来自至少一个成像装置的输入。处理器可以被构造成基于图像检测至少一个管件的端部的位置。处理器可以被构造成计算至少一个管件的端部与另一个元件之间的距离，或者计算至少一个管件的直径。

在一些实施方案中，本发明的系统和方法可以与工业中使用的例如岸上、离岸、浮动平台、转盘驱动器、顶部驱动器等任何类型钻机相关联地使用和实践。

图1示出了根据本公开的钻机。钻机100可以用于钻井筒102。钻机现场可以包括至少一个管件104。钻机100还可以包括直立井架106，所述直立井架具有上端处的天车108和下端处的水平钻台110。井架106可以支撑可以从游动滑车114悬吊下来的凯利软管112。

钻机100可包括方钻杆驱动器136和转盘118，如图1所示。方钻杆驱动器136和转盘118可以由直立井架106支撑。方钻杆驱动器136和转盘118可能够钻出长达90英尺的管件104。在一些实施方案中，钻机100可以不包括方钻杆驱动器136或转盘。在一些实施方案中，如图2所示，钻机100可以包括顶部驱动器10。顶部驱动器10可以通过允许顶部驱动器10沿着井架106竖直移动的装置附接至直立井架106。这些装置可以是起重滑车12、绞车162和绞车马达164。顶部驱动器10可以固定地从起重滑车12悬吊下来，起重滑车12又可以通过绞车162从井架106悬吊下来。绞车162可以由绞车马达164致动。绞车马达可以安置在钻台110上。顶部驱动器10可能够在超过九十英尺的长度内移动。顶部驱动器10可能够钻出长达九十英尺的管件104。在一些实施方案中，钻机100可以包括旋转和驱动本领域已知的管件的任何装置。

凯利软管112可以附接至钻柱120。钻柱120可以由管件104组成。钻柱120的下端可以安置在井筒102内。钻柱120的上端可以通过钻台110中的开口延伸到井筒102之外并延伸出钻台110。卡瓦(图2中示为191)可以周期性地放置在钻台110中的开口内。卡瓦可以将钻柱120支撑在钻台110的水平面处，并且相应地防止钻柱120在构造新的接头期间进一步移动到井筒102中或者在进井出井时破坏接头。卡瓦可能够被收紧以防止钻柱120移动，并且能够被松开以允许钻柱120移动。

在一些实施方案中，管件104可以接合在一起以形成支架。支架可以包括两个或更多个管件104，所述管件在进入井筒之前已被扭转在一起。在一些实施方案中，支架可以包括已经扭转在一起的两个或三个管件104。图2示出了包括两个管件114a、104b的支架。在本公开中，除非另有说明，否则术语管件可用于指代单个管件或包括两个或更多个管件的支架。此外，虽然本实施方案将钻柱显示为管件，但是还应理解，管件也可以指例如套管柱或BHA部件，例如钻铤、潜水艇，测量工具等。在钻机100上，个别管件104或管件104的支架可以安置在管架124上。管架124可以包括指板126。

在钻井作业中，钻机100可以组装在需要创建井筒102的场地上。管件104可以组装成支架。支架的组装可以在钻台110上进行。例如铁钻工(未示出)的工具可以用于组装支架。单独地或组装成支架，管件104可安置在管架124中，使得管件104的一端从指板126悬吊下来且管件的另一端搁置在管架124的下部部分上。可以使用起重机(未示出)或能够提升大载荷的其它工具将管件104定位在管架124中。

钻头128可以固定至管件104的端部。如果钻机100包括方钻杆驱动器136和转盘118，则管件104可以附接至由转盘118接合的方钻杆驱动器136。未附接至钻头128的管件104的端部可以附接至方钻杆驱动器136。如果钻机16包括顶部驱动器10，则端部管件104可以附接至顶部驱动器10。管件104可以附接至顶部驱动器10，使得顶部驱动器10在管件104的未附接至钻头128的端部处或附近与管件104接合。附接至顶部驱动器10或方钻杆驱动器136的管件104可以位于钻台110中的开口上方，所述开口允许进入下方的地面。方钻杆驱动器136和转盘118或顶部驱动器10可以支撑管件104的重量。

方钻杆驱动器136和转盘118或顶部驱动器10可使管件104旋转并使管件104竖直移动。钻头128可切入钻台110下方的地面，从而形成井筒102。在钻井期间，凯利软管112可用于将钻井液或钻井泥浆泵送到钻柱120中。钻井液或钻井泥浆可以在钻井作业期间润滑钻头128并将钻孔岩屑带到表面。

当管件104的一部分在钻台110下方时，可以停止方钻杆驱动器136或顶部驱动器10的旋转和竖直运动。管件104的大部分可以在钻台110下方。管件104在钻台110上方的部分可以被称为粘合件(stick-up)。粘合件330在图3中示出。卡瓦图2中示为191)可以围绕管件104收紧并支撑管件104的重量。管件104可以与顶部驱动器10或方钻杆驱动器136断开连接。顶部驱动器10或方钻杆驱动器136可以从粘合件330竖直向上移动。

管件104可以从管架126移除。管件104可以布置成使得管件104的一端靠近粘合件330的端部。管件104可以由起重机支撑(未示出)或由能够提升大载荷的其它工具支撑。所述工具可以附接至井架106并由井架106支撑。当管件104的端部距离粘合件330的端部所需距离时，可以使用铁钻工(未示出)或其它工具来将管件104扭转到粘合件330。管件104的未附接至粘合件330的端部可以附接至方钻杆驱动器136和转盘118或顶部驱动器10上。

位于井筒102内的管件104可以包括钻柱120。连接至位于井筒102内的管件104但其本身位于井筒102上方的管件104也可以包括钻柱120。当新管件104附接至钻柱120并钻入井筒102中时，新管件104成为钻柱120的一部分。钻柱120可以包括任何数量的管件104。

在管件104附接至粘合件时，卡瓦可以从钻柱120松开。钻柱120的重量可以由方钻杆驱动器136或顶部驱动器10支撑，方钻杆驱动器136或顶部驱动器10可以通过钻绳未示出)由绞车进一步支撑。方钻杆驱动器136和转盘118或顶部驱动器10可使钻柱120旋转并使钻柱120竖直移动。钻头128可以在井筒102的底部切入地面，从而加深井筒102。在钻井期间，可以使用凯利软管112将钻井液或钻井泥浆泵送到钻柱120中。钻井液或钻井泥浆可以在钻井作业期间润滑钻头128。

当添加到钻柱120的最后一个管件104的一部分在钻台110下方时，可以停止方钻杆驱动器136或顶部驱动器10的旋转和竖直移动。最后添加的管件104的位于钻台110上方的部分可以被称为粘合件330。卡瓦191可以围绕钻柱120收紧。

可以重复上述过程以将另一个管件104添加到钻柱120并进一步加深井筒102。可以重复此过程，直到井筒102具有期望的深度。此过程可以重复任何次数。在钻至所需深度(无论是钻至总深度还是针对给定阶段)之后，钻柱120可以从孔中取出。如果需要进一步的操作，可以任选地使套管柱(未示出)进入孔中并接合就位。

钻机100可以包括一个或多个成像装置132。成像装置132可以是能够捕获钻机现场的图像的任何类型的装置。在一些实施方案中，成像装置132可以是照相机、摄像机、超声成像装置、电磁成像装置、热成像装置、激光测距仪或三角测量装置。在钻机现场中也可以包括使用特定类型的成像装置所需的其它设备。例如，如果成像装置132是热成像装置，则钻机现场还可以包括能够将热量注入到进行成像的部件中以产生可以由成像装置132捕获的热梯度的设备。成像装置132可以捕获二维图像或三维图像。在一些实施方案中，成像装置132可以是本领域中已知的任何类型的成像装置。钻机100可包括任何数量的成像装置132。

成像装置132可以附接至钻机100，或者可以是存在于钻机现场的独立装置。在一些实施方案中，成像装置132可以固定地附接至钻机100。成像装置132可以定位成使得成像装置132能够捕获包括至少一个管件104的至少一端的图像。成像装置132可能够在上述钻井过程中的期望点处捕获管件的图像，包括特定管件104的特定端部。成像装置132可能够在上述钻井过程中的多个期望点处捕获管件的图像，特别是特定管件104的端部。成像装置132可具有宽视野。多个成像装置132可以包括在系统中，以在上述钻井过程中的多个期望点处捕获管件的特定端部的图像。在一些情况下，由成像装置132捕获的图像还可以包括另一个期望的元件，例如相邻的管件或其它钻机部件，例如驱动装置。多个成像装置132可用于同时捕获特定管件104的特定端部和另一个元件的图像。

可以将图像传输到处理器134。处理器134可能够检测图像中特定管件104的特定端部。在一些实施方案中，标记(未示出)可以附接至管件104或形成在管件104中以便于检测。处理器134还能够检测图像中的其它元件，而无需在管件中附接任何附加标记。管件上的现有特征，例如螺纹的肩部、或管件的边缘等可以用作检测管件上所需特征的参考标记。例如，处理器134可以使用边缘检测、几何建模、机器学习、特征检测、特征描述、特征匹配，这些过程的某种组合，或本领域中已知的任何技术。处理器134可能够检测图像中的期望的其它元件。标记(未示出)可以附接至另一个元件或形成在另一个元件中以便于检测。处理器134还能够检测图像中的其它元件，而无需在管件中附接任何附加标记。管件上的现有特征，例如螺纹的肩部、或管件的边缘等可以用作检测管件上的所需特征的参考标记。在一个或多个实施方案中，标记的存在可用于图案识别。例如，一旦捕获标记(并随后存储)，处理器134就可以从捕获的后续图像中识别标记。例如，当管件和接头最初进入井中，然后从井中取出时，这可以应用于工具接头。

处理器134可以访问关于钻机现场的数据。在一些实施方案中，处理器134可以访问关于成像装置132的位置、钻机现场的固定部件之间的距离、钻机处使用的工具的尺寸或其它空间或尺寸信息的信息。

在一些实施方案中，处理器134可以基于管件104的端部以及处理器134在图像中检测到的另一个元件的位置计算从管件104的端部到另一个元件(实际上可以是同一管件104的另一端)的距离。由成像装置132捕获的图像还可以任选地包括参考元件。参考元件的尺寸，例如长度可以是已知的。参考元件和图像捕获装置之间的距离也是已知的。参考元件可以是专门为此目的而包括在钻机现场中的元件，或者它可以是具有已知长度的钻机现场的功能元件，例如井架的一部分。处理器134可以像素为单位确定图像中的参考元件的长度。基于参考元件的尺寸、像素的大小以及参考元件和图像捕获装置之间的距离，处理器134可以确定像素与物理长度之间的转换以及物体与图像捕获装置之间的距离。处理器134可以从图像确定管件104的端部与另一个元件之间的以像素为单位的长度。处理器134可以使用转换来确定管件104的端部与另一个元件之间的物理距离。从成像装置132到参考物体的距离、成像装置132的透镜的焦距，和/或以像素为单位的整个图像的大小可以由处理器134已知。此信息可以用于确定像素与物理长度之间的转换，从而确定管件104的端部与另一个元件之间的距离。参考物体距成像装置132的距离可以通过在系统设置期间进行的测量，或通过声学测距或一些其它方法来获知。如果系统包括多于一个成像装置132，或者包括可以采取多个位置的成像装置132，则可以使用视差方法。处理器134还可以从在不同时间拍摄的多个图像确定同一管件的相对移动(例如横向位移)。在一些实施方案中，处理器134可以确定管件104的速度。成像装置132的帧速率可以为处理器134所知。成像装置132的帧速率可以基于已知的快门速度和运动暂停来确定。管件104的长度可以通过使管件104的端部和另一个元件(其可以是管件104的另一端)穿过标记来确定。处理器134可以使用以下等式来分析在所述过程期间收集的图像并确定管件104的长度。

(V x Fn)/Fr＝L

其中V＝速度，Fn＝帧数，Fr＝帧速率，并且L＝管件的长度。

在一些实施方案中，处理器134可以使用本领域已知的任何方法来基于图像计算管件的端部与另一个元件之间的距离。

管件104的端部与由处理器134计算的另一个元件之间的距离可以告知钻机现场的另一个元件的操作。在一些实施方案中，可以将距离显示给钻机现场的另一个元件的操作人员。操作人员可以基于显示的距离做出关于钻机现场元件的操作的决定。在一些实施方案中，处理器134可以基于计算的距离直接命令钻机现场的另一个元件。在一些实施方案中，处理器134可以与处理器、可编程逻辑控制器(PLC)或直接连接至钻机现场的另一个元件的另一个控制系统通信。元件专用处理器或PLC可以基于计算的距离来命令钻机现场元件。在本公开中，处理器134命令钻机现场的元件的陈述可包括上述任何命令过程或其任何组合。因此，对处理器134的引用可以涵盖明显多于单个处理器。

如图3所示，成像装置332可以捕获管件304的下端和粘合件330(即，粘合在钻台上方的另一个管件)的上端的图像。处理器334可以计算管件304的端部与粘合件330之间的距离。处理器334可以基于计算的距离触发铁钻工(未示出)的命令。如果确定距离是期望值，则处理器334可以触发铁钻工的命令以将管件304和粘合件330一起扭转。当管件304和粘合件330相距太远或太靠近在一起时，这种程序可以防止铁钻工展开。

在一些实施方案中，成像装置332可以捕获粘合件330的上端和钻台310的图像。应当注意，粘合件330由管件304组成。处理器334可以计算粘合件330的上端与钻台310之间的距离。此距离可以称为粘合件高度。参考图1和图2，可以在钻柱120由顶部驱动器10或转盘118和方钻杆驱动器136旋转的同时进行这种测量。处理器334可以基于计算的距离命令顶部驱动器10或转盘118和方钻杆驱动器136。如果确定距离是期望值，则处理器334可以触发顶部驱动器10或转盘118和方钻杆驱动器136的命令以停止旋转钻柱120。此过程可以防止钻柱120被驱动到使得粘合件高度太大或太小的深度。此外，粘合件高度可以用作与粘合件330接合并扭转在一起的下一个管件304串的参考高度，例如通过将下一个管件304通过绞车和/或自动扭转装置(铁钻工)自动降低到适合于与粘合件330接合的高度。

在一些实施方案中，成像装置132可以捕获管件104的两端的图像。处理器134可以计算管件104的两端之间的距离，即管件104的长度。构成钻柱120的管件104的长度的计算可以用于估计钻柱120的长度和井筒102的深度。这种测量可以用于创建电子计数器，所述电子计数器可以使管件104的识别与由此确定的长度关联。当在储层区段中完成井筒102时，可以使用井筒102的所估计钻井深度。此确定深度可以使井筒102的完成更准确或更有效。例如，储层的产油带可能仅为50英尺长，而井的总深度可能显著更大，例如10,000至20,000英尺。因此，钻井的总深度误差可能导致错过产油带。因此，通过使用钻柱长度计算来对构成钻柱的每个单独管件的长度求和，可以在储层的此产油带中完成井筒，从而更准确地确定已到达产油带。使用构成总钻井深度的实际管件长度可能比其它钻机部件(例如绞车)的估计更准确。在一个或多个实施方案中，钻井的总深度可以在管件已经在井中的总钻柱120的重量下拉伸之后根据管件长度的测量来计算。因此，还应理解，也可以对底部钻具组合进行这种长度计算，并且当所述底部钻具组合在狭小通道或钻台上构造，例如在鼠洞中时，这种计算也可以在管架上进行。

构成钻柱120的管件104的计算长度也可以在从井筒移除钻柱120以预测连接两个管件104的接头何时将到达钻台110期间使用。这种预测可以改进提升钻柱120的井筒设备在接头处于可以被破坏的高度时停止的能力，使得最上面的管件104可以从钻柱120中移除以及用于自动断开工具接头并将管件104悬挂在管架124上。另外，工具接头中的图案识别可以类似地用于在从井中取出时分解工具接头。

在一些实施方案中，成像装置132可以捕获管件104的上端和管架124的指板126的图像。处理器134可以计算管件104的上端与管架124的指板126之间的距离。当管件104被移动以从指板126悬吊下来时，可以进行测量。处理器134可以基于测量命令起重机(未示出)或用于提升和移动管件104的其它工具。例如，如果管件104的上端距离指板126相对较远，则起重机可以更快地移动，并且当管件的端部接近指板126时，起重机可以减速。

在一些实施方案中，成像装置132可以捕获顶部驱动器10或方钻杆驱动器136和/或钻台110的图像，以及其与任何管件304的连接。处理器134可以计算顶部驱动器10或方钻杆驱动器136和钻台110之间的距离。因此，虽然传感器通常可以放置在顶部驱动器10或方钻杆驱动器136上以指示驱动器的移动，但是移动不能单独地提供井筒内的钻柱是否正在下降到井筒中的指示。基于可以指示钻柱连接至顶部驱动器还是方钻杆驱动器的所捕获图像，滑车(通过绞车)的移动可以用于自动计算以决定钻头深度是否由于滑车位置改变而改变。

在一些实施方案中，成像装置132可随时间推移捕获多个图像，并且处理器134可以计算每个图像中管件104的端部与另一个元件之间的距离。处理器134可以实时执行计算。当管件104的端部与另一个元件之间的距离被确定为等于期望值或者大于或小于阈值时，处理器134可以命令另一个钻机元件执行特定动作。在一个或多个实施方案中，使用多个连续图像可以允许处理器计算图像之间的变化。

例如，成像装置132可以捕获包括将被添加到钻柱120的管件104的下端和粘合件330的上端的图像序列。处理器134可以计算每个图像中管件104的下端与粘合件330的上端之间的距离。可以实时执行计算。当管件104的下端与粘合件330的上端之间的距离小于阈值时，处理器可以命令铁钻工将管件104和粘合件330接合。可以针对上述任何钻机现场程序执行类似的顺序成像和计算程序。

当钻柱120被钻入井筒102中时，成像装置132可以捕获钻柱120的一系列图像。处理器134可以基于随时间推移捕获的管件104的多个连续图像来识别和表征管件104(作为钻柱120的一部分)所经历的振动。处理器可以识别参考点，例如每个图像中管件104的端部或连接两个管件104的接头。处理器可以确定图像之间的参考点移动的距离。处理器134可以使用捕获的图像来确定钻柱振动的猛烈度(例如，振动幅度)。此外，如上所述，还设想处理器134可以使用图案识别来识别由成像装置132捕获的图像序列中的图案，以便计算钻柱的旋转速度(RPM)。

处理器134可以基于钻柱120所经历的所确定振动、扭矩或旋转速度来命令顶部驱动器10或方钻杆驱动器136。来自处理器134的命令可以改变顶部驱动器10或方钻杆驱动器136旋转的扭矩或旋转速度。此过程可以允许基于条件次序实时调整顶部驱动器10或方钻杆驱动器136的操作以便减轻振动。在这种情况下，通过捕获图像的振动测量可以用作顶部驱动旋转控制的反馈信号。因此，例如，在地面上的这种观察可以允许确定井下条件，例如粘滑、旋转等，并且可以通过改变钻井参数(例如速度、扭矩等)来抵消所述井下条件。因此，在一些实施方案中，处理器134计算的距离可以由处理器1134用于执行另外的计算，例如钻柱120的特性，包括但不限于上述那些特性。

例如，还设想本系统可用于计算起吊载荷。成像装置132可以捕获从顶部驱动器10或从方钻杆驱动器136和转盘118悬吊下来的管件104的图像，或者可以在将管件104附接至顶部驱动器10或方钻杆驱动器136之前捕获这样的图像。管件104的下端可以不附接至任何其它元件。处理器134可以基于图像计算管件104的下端与管件104的上端之间的距离，作为管件104的未拉伸长度。管件104的下端可以使用铁钻工或其它工具附接至钻柱120。卡瓦(未示出)可以在钻柱120周围松开，使得钻柱120从管件104悬吊下来。钻柱120的重量可以使管件104伸展。成像装置132可以捕获从顶部驱动器10或从方钻杆驱动器136和转盘118悬吊下来的管件104的第二图像。处理器134可以基于第二图像计算管件104的下端与管件104的上端之间的距离。所述距离可以是管件104的拉伸长度。管件104在第一次测量与第二次测量之间的长度变化可以用于计算系统的起吊载荷。处理器还可以访问计算起吊载荷所需的钻机现场的其它特性。例如，处理器可以访问管件104的材料特性和管件的其它尺寸特性，例如直径。

虽然上述讨论仅使用由成像装置132获得的信息来计算起吊载荷，但是也可以设想，顶部驱动器10的位置或方钻杆驱动器136的位置可以由连接至顶部驱动器10或方钻杆驱动器136的传感器确定。处理器134可以访问此位置信息以计算起吊载荷。处理器134可以基于管件104的下端的图像和来自传感器的顶部驱动器10或方钻杆驱动器136的位置来计算管件104的拉伸或未拉伸长度。处理器134可以使用以这种方式计算的管件的拉伸长度和未拉伸长度来确定起吊载荷。

在一些实施方案中，直径也可以由本公开的系统计算。具体地，处理器可以使用管件104的捕获图像来计算管件104的直径。成像装置132可以从侧视或俯视角度捕获管件104的图像。由成像装置捕获的图像还可以包括参考装置(未示出)。由成像装置132捕获的图像还可以包括参考元件。参考元件的长度和/或其相对于图像捕获装置的距离可以是已知的。参考元件可以是专门为此目的而包括在钻机现场中的元件，或者它可以是具有已知长度的钻机现场的功能元件，例如井架的一部分。处理器134可以像素为单位确定图像中的参考元件的长度。处理器134可以从侧视角度从管件104的宽度确定管件104的直径，或者通过基于成像装置132与正交于管件104的纵轴的平面之间的角度将管件104的端视图的椭圆转换成圆形来确定管件104的直径。处理器134可以基于参考元件的图像的长度确定像素与物理大小之间的转换。处理器134可以像素为单位确定管件的直径。

在一些实施方案中，处理器134可以基于计算的直径确定管件104上的螺纹的特性。处理器134可以识别螺纹的损坏。处理器134可以基于由成像装置132捕获的图像来检查外螺纹。管件104的螺纹的多个图像可以用于识别损坏。处理器134可以基于对其螺纹识别的损坏将管件104分类为可用或不可用。处理器134可以基于两个管件104的直径和螺纹确定是否可以接合这两个管件104。处理器可以使用图案识别来识别螺纹的损坏。如果识别出损坏或不匹配的螺纹，则所述过程可以将信息传递给自动控制系统，使得自动控制系统在管件被放入管架之前或者在其接合至另一个管件或钻柱120之前自动地拒绝此管件。

在一些实施方案中，可以在将管件104放置在管架124上之前执行对螺纹的损坏的识别。被识别为具有使管件104不可用的螺纹损坏的管件104可以不放置在管架124上。在一些实施方案中，可以在将管件104从井筒102移除之后执行对螺纹的损坏的识别。可以在成像装置132捕获管件104的图像之前清洁管件104。钻机100可以包括在从井筒102移除管件104期间或之后清洁管件104和连接管件104的接头的机械或液压装置。

在一些实施方案中，成像装置132可以捕获包含管件的标记或已知特征的一系列图像，所述图像可以是或可以不是管件104的端部。处理器134可以检测所述一系列图像中的每个图像的标记或已知特征的位置。处理器134可以基于所述一系列图像计算管件104的移动的特性。例如，处理器134可以基于所述一系列图像和捕获图像的时间来计算管件104的旋转速度。处理器134可以基于计算的旋转速度命令顶部驱动器10或转盘118和方钻杆驱动器136。

在一些实施方案中，基于检测到的移动，处理器134可以基于所述一系列图像计算钻柱120的振动的特性。例如，处理器134可以测量钻柱120的振动的幅度或频率。处理器134可以基于计算命令顶部驱动器10或转盘118和方钻杆驱动器136。顶部驱动器10或转盘118和方钻杆驱动器136的命令操作可以使振动最小化。

在一些实施方案中，包括成像装置132和处理器134的钻机100可以包括一个或多个传感器(未示出)。传感器可以与处理器134通信。由传感器收集的数据可以与基于由成像装置132捕获的图像计算的距离结合使用，以执行进一步的计算并命令钻机现场元件的操作。

可以在计算系统上实现本公开的实施方案。计算系统可以至少包括处理器134和成像装置132。计算系统可以包括连接至钻机现场的特定元件的处理器或PLC。可以使用手机、台式机、服务器、路由器、交换机、嵌入式装置或其它类型的硬件的任何组合。例如，如图4a所示，计算系统600可以包括一个或多个计算机处理器602、非永久存储装置604(例如，易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)、高速缓冲存储器)、永久存储装置606(例如硬盘，光学驱动器，例如光盘(CD)驱动器或数字通用光盘(DVD)驱动器、闪存等)、通信接口612(例如，蓝牙接口、红外接口、网络接口、光学接口等)，以及许多其它元件和功能。

计算机处理器602可以是用于处理指令的集成电路。例如，计算机处理器可以是处理器的一个或多个核或微核。计算系统600还可以包括一个或多个输入装置610，例如触摸屏、键盘、鼠标、麦克风、触摸板、电子笔或任何其它类型的输入装置。

通信接口612可以包括用于将计算系统600连接至网络(未示出)(例如，局域网(LAN)、例如因特网的广域网(WAN)、移动网络，或任何其它类型的网络)的集成电路和/或另一个装置，例如另一个计算装置。

此外，计算系统600可以包括一个或多个输出装置607，例如屏幕(例如，液晶显示器(LCD)、等离子显示器、触摸屏、阴极射线管(CRT)监视器、投影仪或其它显示装置)、打印机、外部存储装置或任何其它输出装置。一个或多个输出装置可以与输入装置相同或不同。输入和输出装置可以本地或远程连接至计算机处理器602、非永久存储装置604和永久存储装置606。存在许多不同类型的计算系统，并且上述输入和输出装置可采取其它形式。

用于执行本公开的实施方案的计算机可读程序代码形式的软件指令可以全部或部分地临时或永久地存储在非暂时性计算机可读介质上，例如CD、DVD、存储装置、磁盘、磁带、闪存、物理存储器或任何其它计算机可读存储介质。具体地，软件指令可以对应于计算机可读程序代码，当由处理器执行时，所述计算机可读程序代码被配置成执行本公开的一个或多个实施方案。

图4a中的计算系统600可以连接至网络或者是网络的一部分。例如，如图4b所示，网络620可以包括多个节点(例如，节点X 622、节点Y 624)。每个节点可以对应于计算系统，例如图4a所示的计算系统，或者组合的一组节点可以对应于图4a所示的计算系统。作为实例，本公开的实施方案可以在连接至其它节点的分布式系统的节点上实现。作为另一实例，本公开的实施方案可以在具有多个节点的分布式计算系统上实现，其中本公开的每个部分可以位于分布式计算系统内的不同节点上。此外，前述计算系统700的一个或多个元件可以位于远程位置并且通过网络连接至其它元件。在一个方面，本公开涉及一种在钻井现场完成钻井作业的方法。所述方法可以包括捕获钻井现场的管件的图像的步骤。管件可以被构造成插入钻井现场的井筒中。所述方法可以包括从图像中检测管件端部的位置的步骤。所述方法可以包括计算管件的直径或计算管件的所检测端部与另一个元件之间的距离的步骤。

根据本公开的方法可以包括捕获图像，基于图像计算距离，以及使用计算的距离来执行上述任何井筒操作。可以使用上述系统或使用能够执行所述方法步骤的任何系统来执行所述方法。

本公开的方法和系统可以通过允许钻机现场更精确和有效地操作来改进钻机现场的操作。当管件或其它钻机现场元件处于最佳位置时，可以操作钻井现场设备，例如铁钻工。本公开的方法和系统可以实时确定钻机现场元件是否处于最佳位置。本公开的方法和系统可以减少在钻机现场元件之间进行距离测量所需的时间和人员。本公开的方法和系统可以允许更精确地计算例如起吊载荷的井筒参数并且允许实时更新这种计算。这种计算可以改善其它井筒操作的性能。这种计算和钻机设备的结果命令可以防止对例如钻头、钻柱或顶部驱动器的钻机现场部件的损坏。

本公开的方法和系统还可以允许钻机现场的操作自动化。成像装置可以捕获钻机现场元件的图像，处理器可以基于图像执行计算，然后处理器可以基于计算命令钻机设备。此过程可以迭代地执行，无需来自操作人员的输入，或者来自操作人员的输入少于非自动钻井现场所需的输入。因此，自动化可以运行钻机现场，减小钻井作业中的人为错误的能力并减少暴露于潜在危险条件的人类操作员的数量。

虽然本公开包括有限数量的实施方案，但是受益于本公开的本领域技术人员将理解，可以设计出不脱离本公开的范围的其它实施方案。因此，范围应仅由所附权利要求限制。

Claims (20)

1.一种钻机现场，所述钻机现场包括：

至少一个管件，所述管件被构造成插入所述钻机处的井筒中；

至少一个成像装置，所述成像装置被构造成检测所述至少一个管件的端部或所述至少一个管件的特征的位置；以及

处理器，所述处理器接收来自所述至少一个成像装置的输入，并且被构造成计算所述至少一个管件的所述端部与另一个元件之间的距离、所述至少一个管件的直径或所述至少一个管件的移动。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述另一个元件选自由管的第二端、钻台或所识别的标记组成的群组。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述成像装置是照相机、摄像机、超声成像装置、电磁成像装置、热成像装置、激光测距仪或三角测量装置。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述处理器被构造成基于距离测量来确定井筒操作的特性或状态。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述特性是已进入或离开井筒的多个管件接头对、处于拉伸构造的管件的支架的长度、处于未拉伸构造的管件的支架的长度、接头粘合高度、顶部驱动器的位置、管架上的管件数量、管件长度、钻井总深度、管件损坏、是否正在进行钻井、扭矩、转速，或起吊载荷。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述成像装置被构造成随时间推移捕获多个图像，并且其中所述处理器被构造成基于每个图像计算所述管件的所述端部与所述另一个元件之间的所述距离。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述处理器连接至一个或多个控制系统，所述控制系统被构造成控制铁钻工、顶部驱动器、绞车或转盘的操作以基于所述计算来驱动所述管件。

8.一种用于在钻井现场完成钻井作业的方法，所述方法包括：

捕获钻井现场的管件的图像，所述管件被构造成插入所述钻井现场的井筒中；

从所述图像中检测所述管件的端部或所述管件的特征的位置；以及

确定所述管件的直径、所述管件的所述所检测端部与另一个元件之间的距离，或所述管件的移动。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述计算包括计算所述管件的所述端部与所述管件的第二端部之间的距离。

10.如权利要求8所述的方法，其中所述计算包括计算所述管件的所述端部与第二管件的端部之间的距离，所述管件从井筒延伸，并且所述第二管件被构造成接合至所述管件。

11.如权利要求8所述的方法，还包括操作铁钻工、顶部驱动器、绞车，或用于基于所述计算的距离来定位或驱动所述管件的工具。

12.如权利要求8所述的方法，还包括计算所述管件在钻台上方的粘合高度。

13.如权利要求8所述的方法，还包括基于所述计算的距离来构成或断开两个管柱之间的接头。

14.如权利要求8所述的方法，其中所述方法还包括：

将所述管件附接至驱动装置，其中所述计算的距离包括附接至所述驱动装置的所述管件的第一长度；

通过套管卡瓦将所述管件接合至保持在井筒中的固定位置的第二管件；

从所述套管卡瓦中释放所述第二管件；

在所述管件附接至所述第二管件之后且在所述第二管件被释放之后，重新捕获附接至所述驱动装置的所述管件的图像；

从所述重新捕获的图像确定所述管件的第二长度；

确定所述管件的所述第一长度与所述第二长度之间的变化；以及基于所述管件的所述长度变化计算井筒系统的起吊载荷。

15.如权利要求8所述的方法，还包括：

确定包括钻柱的管件的长度；

计算所述钻柱的总长度；

基于所述计算的总长度确定钻井深度；以及

基于所述确定的钻井深度在储层区段中完成所述井筒。

16.如权利要求8所述的方法，还包括检测所述管件的螺纹的特性。

17.如权利要求8所述的方法，还包括随时间推移捕获所述管件的连续图像，从所述连续图像中检测所述管件的变化。

18.如权利要求17所述的方法，还包括基于多于一个图像检测所述管件中的振动，并基于所述所检测振动调整至所述管件的扭矩和/或旋转速度。

19.如权利要求17所述的方法，还包括从所述图像中确定所述管件正移动的旋转速度。

20.如权利要求17所述的方法，还包括测量所述管件经受的扭矩。