CN111088953B - 用于监测和控制不压井起下作业卡瓦的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于监测和控制具有游动卡瓦和固定卡瓦的不压井起下作业设备的系统和方法。位置传感器与卡瓦相联，用于检测卡瓦的打开和闭合位置。载荷传感器与卡瓦相联，用于监测卡瓦的载荷状态。当管柱载荷从一组卡瓦转移到另一组卡瓦时，控制系统接收来自传感器的输入信号，并在释放相对的卡瓦组或允许相对的卡瓦组释放之前确认游动卡瓦或固定卡瓦是负荷的。

Description

用于监测和控制不压井起下作业卡瓦的系统和方法

本申请是名称为“用于监测和控制不压井起下作业卡瓦的系统和方法”、申请日为2012年5月4日、申请号为201210255425.8的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本申请涉及用于监测和控制在修井、完井、钻井、和油井维修设备、特别是不压井起下作业设备中载荷支承部件的接合及载荷转移的系统和方法。

背景技术

修井、完井、钻井设备用于将管道进给到地下井内以及从地下井取出。比如，如已知的那样，在采油采气工业中不压井起下作业设备用于便于进入处于压力下的井中。不压井起下作业设备在控制处于压力下的井时操纵着各种管状部件(如管道、管、及井底钻具组件)进入和离开井。传统的不压井起下作业设备包括固定卡瓦和游动卡瓦，这些卡瓦被相继地操作以便使管件穿过井口移进井内以及移出井，尽管可能存在促使管件落入井中的重型管件载荷(“使管道加重(pipe heavy)”)或者作用在管件上促使管件从井出来的由储藏压力生成的力(“使管道减轻(pipe light)”)。

当不压井起下作业进井或者出井时，过渡或“平衡点”发生在使管道减轻和使管道加重之间，其中管道重量和由井施加的、作用在管柱的横截面上的提升力基本相等。因此，几百英尺的管道能以最小的作用力运动。

不压井起下作业通常由操作者手动控制，当不压井起下作业进井或者出井时，该操作者相继地启动游动卡瓦和固定卡瓦。不压井起下作业卡瓦是载荷支承部件，且依靠摩擦来限制管件或管柱。然而，对于操作者而言，在转移载荷到另一套载荷支承部件之前，意外地释放一套载荷支承部件是常见的。这样的错误可致使管柱落下或弹射出，从而使得员工处于危险境地并且损害设备。

因此，本领域中需要减轻现有技术中的困难的方法和系统。

发明内容

本发明涉及用于监测和控制在修井、完井、钻井和油井维修设备中载荷支承部件的接合和载荷转移的系统和方法。在没有限制的情况下，在一个实施方式中，该设备包括不压井起下作业装置。

一方面，本发明包括用于监控和控制具有第一和第二载荷支承部件的修井机，所述第一和第二载荷支承部件先后地操作以便接合管道并使管道运动到井内或者运动到井外，该系统包括：

a)与第一载荷支承部件相联的第一致动传感器以及与第二载荷支承部件相联的第二致动传感器，其中致动传感器直接或间接地检测载荷支承部件在管道上的接合；以及

b)控制系统，所述控制系统可操作地与第一和第二致动传感器连接且适于接收来自传感器的输入信号，并且其配置为执行包括以下步骤的方法：当将管柱载荷从一个载荷支承部件转移到另一个载荷支承部件时，在完全释放或允许完全释放相对的载荷支撑部件之前确认第一或第二载荷支承部件已经与管道接合。

在一个实施方式中，修井机为不压井起下作业设备，且第一和第二载荷支承部件包括固定卡瓦和游动卡瓦。

在一个实施方式中，第一和第二致动传感器均包括确定卡瓦位置的位置传感器，其中卡瓦可在与管道接合的第一位置以及与管道解开的第二位置之间运动。在另一个实施方式中，第一和第二致动传感器均包括确定卡瓦载荷状态的载荷传感器。如果卡瓦负荷，这意味着卡瓦已经与管道接合。相反，如果卡瓦没有负荷，卡瓦没有与管道接合。优选地，该系统对于每一套卡瓦包括位置传感器和载荷传感器。

控制系统适于处理输入信号以便提供位置和载荷状态的测量，且比较测量值与预定值，其中如果测量值等于预定值，游动卡瓦或固定卡瓦的位置和载荷状态得到确认。

在一个实施方式中，位置传感器检测卡瓦运动部分的位置或者致动卡瓦的液压缸活塞杆的位置。在一个实施方式中，位置传感器包括测量用于给液压缸供以能量的液压流体流的流量计。

在一个实施方式中，载荷传感器包括气囊式传感器、液压囊式传感器、电子测压元件、液压测压元件或应变仪。在一个实施方式中，载荷传感器还包括压力传感器。

在另一个实施例中，本发明包括利用具有第一和第二载荷支承部件的修井机使管道行进的方法，所述第一和第二载荷支承部件先后地操作以将管道运动到井眼内或者运动到井眼外所述方法包括以下步骤：

(a)使管道与第一载荷支承部件接合，并使第二载荷支承部件运动到第一位置；

(c)使管道与第二载荷支承部件接合；

(d)在完全释放第一载荷支承部件之前，确认第二载荷支承部件已经充分地接合管道；

(e)将第二载荷支承部件运动到第二位置，以便使管道运动到井眼内或者井眼外。

在一个实施方式中，修井机为不压井起下作业设备，且第一和第二载荷支承部件包括游动卡瓦和固定卡瓦。在一个实施方式中，确认卡瓦与管道接合的步骤包括确认卡瓦已经到达闭合位置和/或确定卡瓦是否支承充足的载荷的步骤。

在该方法的一个实施方式中，至少步骤(d)自动防止在没有确认第二卡瓦已经充分地接合管道的情况下释放第一卡瓦。术语“自动”是指，在没有任何操作人员干预的情况下，系统防止在没有所需的确认的情况下释放固定卡瓦。

本发明另外的方面和优点将在下面的说明下变得明显。然而，应该理解，详细的说明和特定实施例(同时指本发明的优选实施方式)仅通过举例的方式给出，因为由所附的权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种改变和改型都对本领域技术人员而言从该详细的说明中变得清楚。

附图说明

现在通过示例性实施方式并参考所附简化的、示意性的且不成比例的附图来对本发明进行说明。在附图中：

图1A为示出了管道的不压井起下作业设备的正视图的示意图。图1B为本发明中系统的一个实施方式的示意图。

图2为本发明一个实施例的方法的示意性框图。

图3为本发明一个实施例的方法的示意性框图。

具体实施方式

本发明涉及用于监测和控制在修井、完井、钻井和油井维修设备中载荷支承部件的接合及载荷转移的系统和方法。当描述本发明时，未在此限定的所有术语具有它们在本领域所认知的通常的含义。在某种程度上，下面的描述是本发明的特定实施方式或者具体用途，这仅用于解释性说明，并不是对所要求保护的本发明的限制。下面的说明旨在覆盖包括在本发明的精神和范围中的所有变形、改型和等同方式，如在所附权利要求中限定的那样。

本发明的一个实施方式是在液压不压井起下作业设备的控制的背景下进行说明的。如此处所用的，术语“液压不压井起下作业设备”指液压致动单元，该液压致动单元包括卡瓦、防喷器组、和用于插入或拉出管柱或管的液压千斤顶、以及来自欠平衡井或充气油井条件下的井底钻具组件。在液压千斤顶中，液压作用于液压缸上以产生传递到管柱的力，使得不压井起下作业设备执行将管道推入井中或从井拉出管道的操作。游动卡瓦将提升力或不压井起下作业力从液压千斤顶传递到管柱。然而，本领域人员可以理解，本文所描述的方法和系统可用于此处称为“修井机(service unit)”的任何修井、完井、钻井或油井维修设备，所述修井、完井、钻井或油井维修设备采用先后地工作以将管道推入井眼或从井眼拉出的载荷支承部件。

如此处所用，术语“卡瓦”指包括用于将管柱保持在适当位置的握持元件(比如，具有齿的金属楔形件)的载荷支承部件。通常，在传统的不压井起下作业设备中包括几组相对的卡瓦，并且特定的卡瓦组被指定为用于“使管道加重”和“使管道减轻”操作。通常，卡瓦是“定向的”，因为它们被设置成用于更好地抵抗管道在一个方向上的运动。重固定卡瓦可安装在防喷器(BOP)组上并控制重管道的运动。重游动卡瓦通常附接到千斤顶板的顶部并控制重管道的运动。不压井起下作业固定卡瓦通常安装在BOP组的顶部上并保持处于使管道减轻或中性状态(neutral state)的管。不压井起下作业游动卡瓦可以以相反的方位安装在游动的千斤顶板上，并控制管柱运动到井中或从井运动离开。不压井起下作业游动卡瓦通常仅在管道处于使管道减轻状态时保持管。

用于致动载荷支承部件的修井机或不压井起下作业设备的元件以及这种设备的其它传统元件不是所要求保护的本发明的一部分。比如，本发明的实施方式可在采用齿条及齿轮致动(代替游动部件的液压缸致动)的修井机中实施。传统液压不压井起下作业设备的操作对本领域技术人员而言是公知的，且不需要在此赘述。

在一个实施方式中，不压井起下作业设备10包括千斤顶底板12和千斤顶顶板14。不压井起下作业设备10具有重固定卡瓦座16，该不压井起下作业设备10设有下部的防喷器(BOP)18、不压井起下作业固定卡瓦座20、以及用于使游动千斤顶板24朝着和远离千斤顶顶板14竖向地运动的多个液压缸千斤顶22。液压缸千斤顶22每个均包括液压缸，活塞杆26从液压缸延伸，该液压缸安装在千斤顶底板12和千斤顶顶板14之间，且活塞杆26的最上端与游动千斤顶板24连接。重游动卡瓦座28和不压井起下作业游动卡瓦座30安装至游动千斤顶板24。用于不压井起下作业操作的管道32随着它继续向下进入井眼(未示出)而穿过游动卡瓦座28、30、固定卡瓦座16、20和BOP18。

本发明涉及用于监测修井机中的各载荷支承部件的接合状态的系统和方法。在一个实施方式中，该系统和方法进一步控制或指挥载荷支承部件的致动，以便减少管柱的落下或者弹射出的危险。概括地说，该系统和方法为控制系统和/或操作者提供卡瓦已经闭合且接合管道并因此实际上已经负荷有管道的确认。根据该信息，控制系统和/或操作者然后将允许相对的卡瓦组完全释放负载至负荷的卡瓦。此外，该系统和方法可提供卡瓦组已经释放其载荷的确认。

在一个实施方式中，本发明包括用于监测和控制具有第一和第二载荷支承部件的修井机的系统，该第一和第二载荷支承部件先后地操作以便接合管道并使管道运动到井内或者运动离开井，该系统包括：

a)与第一载荷支承部件相联的第一致动传感器和与第二载荷支承部件相联的第二致动传感器，其中致动传感器直接或间接地检测载荷支承部件在管道上的接合；及

b)控制系统，该控制系统可操作地连接到第一和第二致动传感器并适于接收来自传感器的输入信号，且配置为执行包括以下步骤的方法：当把管柱载荷从一个载荷支承部件转移到另一个载荷支承部件时，在完全释放或允许完全释放相对的载荷支撑部件之前确认第一或第二载荷支承部件已与管道接合。

在一个实施方式中，第一和第二卡瓦致动传感器每个均包括确定卡瓦位置的位置传感器。在另一个实施方式中，第一和第二卡瓦致动传感器每个均包括确定卡瓦载荷状态的载荷传感器。卡瓦上存在载荷是对卡瓦已经接合管道的间接确认。优选地，该系统对于每套卡瓦包括位置传感器和载荷传感器两者。

在一个实施方式中，位置传感器和载荷传感器分别检测卡瓦的位置和卡瓦上的载荷，且每个均产生代表这些参数的信号，并且可操作地连接到对于修井机操作者而言可见的测量仪器或指示器，且其也可以联接到可视、可听或可触的警报器，这些警报器警告操作者需要注意的情况。在另一实施方式中，位置和载荷传感器传送信号到控制系统100。控制系统100包括接口110、存储器120和处理器130。接口210可以是传统的用于为控制器(比如微控制器)接收和传送数据的接口。接口110配置为接收来自位置和载荷传感器的信号。

接口可以是传统的用于传送和接收数据的装置，且可包括用于传送和接收数据的多个端口。这些端口可以是用于通过各种装置(如便携式存储装置、PC或便携式计算机或通信网络)来交换数据的传统插座。接口110与存储器120和处理器130耦联。

存储器可以是传统的存储器，其通常位于构造成存储数据和计算机程序的微控制器内。存储器可存储操作指令，从而当其启动时指挥处理器的操作。存储器是非易失性存储器，并且包括临界值部分，该临界值部分是配置成用于存储临界值的存储器专用位置。

处理器可以是传统的处理器(如微处理器)。处理器包括将测定位置和载荷传感器值与临界值相比较的比较部件132。发信号或致动部件134配置为根据该比较步骤而允许或致动特定卡瓦的进一步操作。如果测量值不满足预定值，那么控制系统相应地向操作者发信号，并且可以在一个实施方式中自动地防止卡瓦的进一步操作。

因此，在一个实施方式中，卡瓦的操作(即打开和闭合)因而由通过位置传感器和载荷传感器检测到的各自的物理量的预编程临界值驱动。控制系统然后可以向操作者发信号，以便致动卡瓦，或者可以在自动化方法中直接地控制卡瓦致动器。在半自动化过程中，卡瓦的致动可由操作者启动，但是该致动可由控制系统阻止，除非系统接收到满意的位置及载荷测量值。

在一个实施方式中，载荷传感器34A-D定位成使得与如图1中所示的四组卡瓦的每组卡瓦相联。适当的载荷传感器包括但是不限于气囊式传感器(an air bladder)、液压囊式传感器(a hydraulic bladder)、电子测压元件、液压测压元件、应变仪或其它适当的重量传感器。载荷传感器可并入且组装到卡瓦中，或者附接在卡瓦和安装有卡瓦的载荷支承结构的构件之间。当负荷时，载荷传感器将提供施加到卡瓦的压缩载荷或拉伸载荷的测量值。该值将传达给控制系统。

如果载荷传感器为填充流体的囊，那么囊内的压力传感器可测量压力并发送信息到控制系统。

尽管不压井起下作业操作中在任意给定的卡瓦上的载荷可超过数万磅，载荷传感器不需要对大于临界值的载荷进行量化，该临界值是充足的载荷。比如，任意高于5000lbs的载荷是充足的载荷，意味着卡瓦在管道上进行完全的握持(positive grip)。充足的载荷可是指示着充分的卡瓦接合的任意充足的重量。

位置传感器可直接或间接地感测或检测卡瓦的位置。在一个实施方式中，位置传感器检测卡瓦的运动部件的物理位置，或者检测打开或闭合特定卡瓦组的致动器的运动部件的物理位置，该致动器可以是液压缸和活塞杆装置。运动部件的位置将指示卡瓦的位置。位置传感器在本领域是公知的，且可包括电子接近传感器、线性或旋转差动变压器、弦线电位计、或旋转或轴编码器。在一个实施方式中，位置传感器确定在致动液压缸装置时活塞杆的位置。

在另一实施方式中，位置传感器可包括测量液压油体积的流量计，该液压油曾用于使液压缸的杆延伸到它们相应的液压缸中或从相应的液压缸中收回。用于打开卡瓦所需的体积通过将卡瓦从闭合位置打开来校准。该体积被记录下来以用于确认卡瓦已经完全打开。用于闭合卡瓦所需的体积通过将卡瓦从打开位置闭合来校准，并记录下来以用于确认卡瓦已经完全闭合。

所需的体积与活塞杆的位置成直接线性关系。体积测量可因此在闭合和打开期间用于间接确定卡瓦的位置。比如，如果用于闭合卡瓦的体积为校准体积的75％，那么可以推定卡瓦的液压缸杆只运动了用于完全闭合管柱上的卡瓦所需距离的75％。这样的信息为控制系统和/或操作者提供关于卡瓦没有按所需完全闭合的确认。

在一个实施方式中，该系统可还包括用于测量液压阀运动的测量系统，该液压阀的运动使得致动卡瓦的液压缸充满或者清空。液压阀运动到打开位置以允许加压的液压油流动，或者运动到闭合位置以防止液压油流动。液压油又为液压缸施以动力以便打开及闭合卡瓦。通过测量液压阀的打开或闭合，控制系统可确定液压阀是否成功完成所需的动作，以及是否正在适合地运转。

在操作中，系统监测卡瓦位置和载荷传感器以便确定是否已经成功地完成特定卡瓦的致动。如果传感器指示所需动作已经完成，控制系统将发出信号，以便操作正将载荷转移其上的相对的卡瓦组或者允许该卡瓦组的操作。如果位置传感器和/或载荷传感器没有生成成功的(即接合管道)信号，那么控制系统将不会释放相对的卡瓦组，或者操作者被警示不要释放相对的卡瓦组。

控制系统将向操作者提供载荷已经转移到已致动的卡瓦的确认。操作者将因此意识到卡瓦在管柱上具有充分的保持作用，从而可以放心地释放相对的卡瓦。载荷和位置传感器也可以提供之前被加载的卡瓦已经释放其在管柱上的保持作用并因而已经释放其载荷的确认。

控制系统可具有用于记录事件或者维修的特征，其包括但不限于利用实时时钟以显示日期时间来记录事件、系统配置改变以追踪系统配置历史的记录、以及操作者执行配置改变的辨别。与控制系统连接或者与控制系统成一体的显示装置显示指示信号(比如，系统状态、错误、警报、输出讯息、指示、蜂鸣发生器)，以便通知操作者是否打开或闭合特定卡瓦。

下面是本发明一个实施方式的特定示例。这个实施例证明了本发明的系统如何可以用来监测和控制不压井起下作业设备的卡瓦，以减少管柱落下或者弹射出的危险。这个例子通过举例的方式提供，且并不旨在以任意方式对本发明进行限制。

本发明的方法可在任意修井机的操作中执行，其中载荷支承部件以相继的方式操作，以便使管道行进到井内或者井外，其包括以下步骤：

(a)使管道与第一载荷支承部件接合，且使第二载荷支承部件运动到第一位置；

(b)使管道与第二载荷支承部件接合；

(c)利用位置传感器或载荷传感器，或者利用位置传感器和载荷传感器两者，确认第二载荷支承部件在完全释放第一载荷支承部件之前已经充分地接合管道；

(d)使第二载荷支承部件运动到第二位置以便使管道运动到井口内或者运动到井口外。

通过从重固定卡瓦向重游动卡瓦转移载荷，用于从井移除管柱的示例性步骤在图2中示意性地示出。这可通过操作者借助于致动卡瓦液压缸而闭合管柱上的重游动卡瓦而实现。随着液压缸使活塞杆向下运动，位置传感器检测并感测该运动，生成代表活塞杆位置的信号，并将该信号传送到控制系统。

如果重游动卡瓦还没有完全闭合，控制系统可提供信号(比如，听觉的、视觉的或电子的信号)给操作者，从而通知未完成动作，并且该成对的卡瓦可能不操作。如果重游动卡瓦已经完全闭合，控制系统解读信号为完成的、成功的动作，且该成对的卡瓦可以使用或致动。

在重游动卡瓦完全闭合以限制管柱的情况下，操作者然后可通过使重游动卡瓦稍微向上运动来开始将管柱载荷从重固定卡瓦转移到重游动卡瓦。与重游动卡瓦相联的载荷传感器将感测并检测载荷，生成代表载荷的信号，并将信号传送到控制系统以用于处理和分析。在一个实施方式中，如果载荷达到最小临界值，比如5000磅，控制系统将信号解读为完成的、成功的动作。在载荷达到最小临界水平之前，控制系统将向操作者提供信号，且可阻挡固定卡瓦的释放。

如果重游动卡瓦未负荷，控制系统向操作者发出信号从而通知动作未完成，并可自动地防止重固定卡瓦脱开。如果重游动卡瓦负荷，控制系统将信号解读为完成、成功的动作。

如果来自位置传感器和载荷传感器之一或两者的信号未指示管道与游动卡瓦的成功接合，控制系统将相应地向操作者发出信号，且将不会允许固定卡瓦的脱开。一旦重游动卡瓦适当地负荷有管柱并限制该管柱，控制系统则向操作者发出信号，并允许可以从管柱释放以允许从井移出的重固定卡瓦的致动。

在使管道减轻配置中，用于通过将来自不压井起下作业游动卡瓦的载荷转移到不压井起下作业固定卡瓦而将管柱插入井中的示例性步骤在图3中示意地示出。一旦不压井起下作业游动卡瓦已经到达其冲程的底部，操作者则通过致动液压缸来闭合管柱上的不压井起下作业固定卡瓦。随着液压缸使活塞杆运动，位置传感器检测并感测该运动，生成代表活塞杆位置的信号，并将信号传送到控制系统以便处理和分析。

如果不压井起下作业固定卡瓦还没有完全闭合，控制系统向操作者发出信号，从而通知未完成动作，并可自动地防止不压井起下作业游动卡瓦致动。如果不压井起下作业固定卡瓦已经完全闭合，控制系统将信号解读为完成动作。

在不压井起下作业固定卡瓦完全闭合以限制管柱的情况下，操作者则可通过使不压井起下作业游动卡瓦稍稍向上运动来开始将管柱载荷从不压井起下作业游动卡瓦转移到不压井起下作业固定卡瓦。载荷传感器感测并检测不压井起下作业固定卡瓦上的结果载荷，生成代表载荷的信号，并将信号传送到控制系统。

如果不压井起下作业固定卡瓦没有充分地负荷，控制系统向操作者发出信号从而通知未完成动作，并可自动地防止不压井起下作业游动卡瓦脱开。如果不压井起下作业固定卡瓦负荷，控制系统将信号解读为完成动作。

如果来自位置传感器和载荷传感器之一或两者的信号没有指示固定卡瓦与管道的成功接合，控制系统将相应地向操作者发出信号，且不会允许游动卡瓦的脱开。一旦不压井起下作业固定卡瓦适当地负荷并限制管柱，控制系统则发出信号来致动可从管柱释放以使得液压缸顶起不压井起下作业游动卡瓦的不压井起下作业游动卡瓦。将管道从不压井起下作业固定卡瓦转移到不压井起下作业游动卡瓦的传感器和方法启动并完成，以便允许不压井起下作业游动卡瓦将管柱插入井中。

如上所述并根据实施方式与控制系统相关的功能和特征可以以服务器和/或客户机器中一个或多个软件对象、组件、或者计算机程序或程序模块来执行。上述控制系统和方法可在软件、固件或硬件、或者其结合中执行。在附图中所示的或如上所述的系统组件可以为或可包括一个计算机或多个计算机。这些组件描述为总体而言通过计算机执行的计算机可执行指令(比如程序模块)。通常，程序模块包括例行程序、程序、对象、组件、数据结构等，其执行特定任务或实施特定抽象数据类型。进一步，软件对象、组件或模块的至少一些或者全部可以硬编码到处理单元、可编程装置、和/或只读存储器或者其它非易失存储媒介中。软件对象和/或程序模块的特定执行细节将落入本领域技术人员的认知和理解中。

因此，控制系统可包括在存储的程序控制(例如，存储在存储器或其它非易失存储媒介中的软件或固件)下的处理单元，可利用任意各种各样其它技术，这些技术包括特定用途的计算机、微计算机、小型计算机、大型计算机、编程微处理器、微控制器、周边集成电路元件、CSIC(用户专用集成电路)、ASIC(专用集成电路)、逻辑电路、数字信号处理器、可编程逻辑装置(比如FPGA(现场可编程门阵列)，PLD(可编程逻辑器件)、PLA(可编程逻辑阵列))，RFID处理器、小芯片或能够执行本发明处理步骤的任意其它装置或装置的布置。

计算机系统可包括呈具有处理单元、系统存储器以及系统总线的计算机形式的一般用途计算机装置，所述系统总线将包括系统存储器的各种系统组件连接到处理单元。尽管计算机或微处理器装置的很多内部部件未示出或未说明，本领域普通技术人员可理解这样的部件和相互连接是公知的。

如将为本领域技术人员所清楚的是，前述特定公开的各种改型、调整和变型可在不偏离此处限定的本发明的范围下做出。

Claims (14)

1.一种用于监测和控制修井机的系统，所述修井机用于不压井起下管道，所述修井机具有重固定卡瓦和重游动卡瓦以及不压井起下作业固定卡瓦和不压井起下作业游动卡瓦，所述重固定卡瓦和重游动卡瓦在使管道加重的配置中先后地操作以便接合管道并使管道运动到井内或运动到井外，所述不压井起下作业固定卡瓦和不压井起下作业游动卡瓦在使管道减轻的配置中先后地操作以便接合管道并使管道运动到井内或运动到井外，所述用于监测和控制修井机的系统包括：

a)与所述重固定卡瓦相联的第一致动传感器、与所述重游动卡瓦相联的第二致动传感器、与所述不压井起下作业固定卡瓦相联的第三致动传感器、以及与所述不压井起下作业游动卡瓦相联的第四致动传感器，其中所述第一致动传感器、第二致动传感器、第三致动传感器和第四致动传感器直接或间接地检测相关的卡瓦在管道上的接合；以及

b)控制系统，所述控制系统可操作地连接至所述第一致动传感器、第二致动传感器、第三致动传感器和第四致动传感器，并适于接收来自这些致动传感器的输入信号，且配置为执行包括以下步骤的方法：

在所述管道处于使管道加重的配置中时，当将管道载荷从重固定卡瓦和重游动卡瓦中的一者转移到另一者时，在完全释放或允许完全释放重固定卡瓦和重游动卡瓦中的一者之前确认重固定卡瓦和重游动卡瓦中的另一者已经与管道接合，以及

在所述管道处于使管道减轻的配置中时，当将管道载荷从不压井起下作业固定卡瓦和不压井起下作业游动卡瓦中的一者转移到另一者时，在完全释放或允许完全释放不压井起下作业固定卡瓦和不压井起下作业游动卡瓦中的一者之前确认不压井起下作业固定卡瓦和不压井起下作业游动卡瓦中的另一者已经与管道接合。

2.根据权利要求1的用于监测和控制修井机的系统，其中所述方法还包括以下步骤：

当将管道在使管道加重的配置中运动时，确认重固定卡瓦和重游动卡瓦中的之前受到负荷的卡瓦已经完全释放管道并且已经不受负荷；以及

当将管道在使管道减轻的配置中运动时，确认不压井起下作业固定卡瓦和不压井起下作业游动卡瓦中的之前受到负荷的卡瓦已经完全释放管道并且已经不受负荷。

3.根据权利要求1的用于监测和控制修井机的系统，其中致动传感器中的任一个包括用于检测相关卡瓦的位置的位置传感器。

4.根据权利要求1的用于监测和控制修井机的系统，其中致动传感器中的任一个包括用于检测相关卡瓦上的载荷的载荷传感器。

5.根据权利要求1的用于监测和控制修井机的系统，其中致动传感器中的任一个包括位置传感器和载荷传感器两者。

6.根据权利要求3的用于监测和控制修井机的系统，其中所述位置传感器中的任一个检测相关卡瓦的运动部分的位置或者检测用于致动相关卡瓦的部件的运动部分的位置，所述相关卡瓦的运动部分的位置或者用于致动相关卡瓦的部件的运动部分的位置指示相关卡瓦的位置。

7.根据权利要求6的用于监测和控制修井机的系统，其中所述位置传感器中的任一个检测致动相关卡瓦的液压缸的杆的位置。

8.根据权利要求3的用于监测和控制修井机的系统，其中所述位置传感器中的任一个包括用于测量流入或流出致动相关卡瓦的液压缸的液压流体的体积的流量计。

9.根据权利要求4的用于监测和控制修井机的系统，其中所述载荷传感器包括气囊式传感器、液压囊式传感器、电子测压元件、液压测压元件或者应变仪。

10.根据权利要求9的用于监测和控制修井机的系统，其中所述载荷传感器包括压力传感器。

11.根据权利要求1的用于监测和控制修井机的系统，其中所述控制系统还包括分别根据重固定卡瓦或不压井起下作业固定卡瓦的状态来允许或阻止重游动卡瓦或不压井起下作业游动卡瓦的致动的部件。

12.一种利用不压井起下作业设备来对管道进行到井内或井外的不压井起下作业的方法，所述不压井起下作业设备具有重固定卡瓦和重游动卡瓦以及不压井起下作业固定卡瓦和不压井起下作业游动卡瓦，所述重固定卡瓦和重游动卡瓦在使管道加重的配置中以相继的方式操作以便接合管道并使管道运动到井内或运动到井外，所述不压井起下作业固定卡瓦和不压井起下作业游动卡瓦在使管道减轻的配置中以相继的方式操作以便接合管道并使管道运动到井内或运动到井外，所述方法包括以下步骤：

(a)当管道处于使管道加重的配置中时：

(i)使管道与重固定卡瓦接合并使重游动卡瓦运动到第一位置；

(ii)使管道与重游动卡瓦接合；

(iii)利用与重游动卡瓦相联的位置传感器或载荷传感器、或者利用位置传感器和载荷传感器两者，确认在完全释放重固定卡瓦之前重游动卡瓦已经与管道充分地接合；和

(iv)使重游动卡瓦运动到第二位置，以便使管道运动到井眼内或运动到井眼外，以及

(b)当管道处于使管道减轻的配置中时：

(i)使管道与不压井起下作业固定卡瓦接合并使不压井起下作业游动卡瓦运动到第三位置；

(ii)使管道与不压井起下作业游动卡瓦接合；

(iii)利用与不压井起下作业游动卡瓦相联的位置传感器或载荷传感器、或者利用位置传感器和载荷传感器两者，确认在完全释放不压井起下作业固定卡瓦之前不压井起下作业游动卡瓦已经与管道充分地接合；和

(iv)使不压井起下作业游动卡瓦运动到第四位置，以便使管道运动到井眼内或运动到井眼外。

13.根据权利要求12的方法，其中步骤(a)中的确认步骤(iii)包括确定重游动卡瓦是否已到达与管道接合的闭合位置和/或确定重游动卡瓦是否支承充足的载荷的步骤。

14.根据权利要求12或13的方法，其中除非确认重固定卡瓦和重游动卡瓦中的一者已充分接合管道，否则控制系统会阻止重固定卡瓦和重游动卡瓦中的另一者完全释放；或者除非确认不压井起下作业固定卡瓦和不压井起下作业游动卡瓦中的一者已充分接合管道，否则控制系统会阻止不压井起下作业固定卡瓦和不压井起下作业游动卡瓦的另一者完全释放。

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