CN111699299A - 检测管道吊架的降落 - Google Patents

Abstract

一种示例性系统，所述系统包括：井头和一个或多个传感器，所述井头包括井头负载肩，所述井头负载肩用于在井眼内支撑连接至管道柱的管道吊架，其中所述管道吊架具有管道吊架接触肩；所述一个或多个传感器基于所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩的接近度、或所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩间的接触中的至少一个来生成一个或多个信号。

Description

检测管道吊架的降落

技术领域

本说明书总体上涉及用于在井头中检测管道吊架(tubular hanger)的降落的系统。

背景技术

在油井或气井的建造过程中，具有钻头的钻柱钻穿过泥土、岩石和其他材料，以形成井眼。除此之外，钻井过程包括将钻井液向下泵入井眼，并从表面接收来自井眼的回流液和物料。为了使井成为生产井，必须完成该井。井建造过程的一部分包括将套管(casing)和生产管(production tubing)并入到井眼中。套管支撑井眼的侧面，并保护井的部件不受外部污染物的影响。套管可以用水泥固定在适当的位置，并且水泥的硬化可以作为井建造过程的一部分。

管件(tubulars)可以是或包括套管或生产管柱(production tubing string)。除此之外，管道柱(tubular string)可以包括用于在井头中悬挂和支撑管件的部件或其他结构。延伸回表面的管道柱连接至管道吊架(tubular hanger)，所述管道吊架可以降落在支撑重量的井头中。返回表面的每个连续的井下管道柱可连接至管道吊架，并且降落在添加至地面组件的附加井头中。

发明内容

一种示例性系统包括：井头和一个或多个传感器。所述井头包括井头负载肩，所述井头负载肩用于在井眼内支撑连接至管道柱的管道吊架，所述管道吊架具有管道吊架接触肩。所述一个或多个传感器基于所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩的接近度、或所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩之间的接触中的至少一个来生成一个或多个信号。所述示例性系统可以单独地或组合地包括以下特征中的一个或多个特征。

所述一个或多个传感器可以包括一个或多个声传感器，用于基于所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩的接近度、或所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩之间的接触中的至少一个来感测声能。所述一个或多个传感器可以包括一个或多个电磁传感器，用于基于所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩的接近度、或所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩之间的接触中的至少一个来感测电磁信号。所述一个或多个传感器可以包括一个或多个应变传感器，用于基于所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩的接近度、或所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩之间的接触中的至少一个来感测应变。所述一个或多个传感器可以包括以下一个或多个传感器的组合：声传感器、电磁传感器或应变传感器。

所述示例性系统可以包括设备，所述设备被配置为生成基于所述一个或多个信号的输出。所述设备可以包括仪表，所述仪表具有用于显示所述输出的显示区域。所述设备可以被配置用于无线通信、用于有线通信、或者用于无线通信和有线通信两者。所述输出可以表示所述井头负载肩支撑所述管道吊架接触肩的部分的程度。

所述示例性系统可以包括一个或多个处理设备，用于基于所述一个或多个信号获得第一数据，并输出用于在显示器上呈现的第二数据。所述第二数据可以基于所述第一数据并可以表示所述井头负载肩支撑管道吊架接触肩的程度。所述一个或多个传感器可以包括一个或多个声传感器。所述一个或多个声传感器可以用于基于所述接触来生成、检测或同时生成和检测声音，并可以基于所述井头负载肩支撑所述管道吊架接触肩的程度输出表示声学特征响应的所述一个或多个信号。所述示例性系统可以包括在相对于所述井头负载肩和所述管道吊架接触肩的一个或多个位置处的涂层，以放大所述声音。

所述一个或多个电磁传感器可以被配置为用于产生磁场、检测磁场或同时产生和检测磁场。所述磁场可以基于所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩的接触或接近度。所述一个或多个信号可以对应于所述管道吊架接触肩与所述井头负载肩的接触或接近度的程度。所述一个或多个电磁传感器可以包括在所述井头或所述管道吊架上的至少一个磁体，来产生或检测由所述管道吊架接触肩与所述井头负载肩之间的接触或接近度导致的所述磁场的变化。所述一个或多个电磁传感器可以用于基于所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩的接近度来检测磁场，并用于输出所述一个或多个信号，所述一个或多个信号表示所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩的接近度的程度。

所述一个或多个应变传感器可以被配置为用于基于所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩的接触或接近度来输出所述一个或多个信号。

所述一个或多个传感器可以包括无线传感器，并且所述一个或多个信号可以包括无线信号。所述示例性系统可以包括无线接收设备，用于基于所述一个或多个无线信号来生成显示。所述一个或多个传感器可以包括有线传感器，并且所述一个或多个信号可以通过一根或多根导线传输。所述系统可以包括有线接收设备，用于基于所述一个或多个信号来生成显示。

所述示例性系统可以包括机构，所述机构用于将所述一个或多个传感器至少临时地固定至所述井头或所述管道吊架。所述机构可以包括带，所述带围绕所述井头的外径固定。所述机构可以包括磁体、夹具、或磁体和夹具两者。所述一个或多个传感器可以用于感应、感测、或感应和感测至少两种不同的物理现象。所述一个或多个传感器可以包括以下一个或多个传感器：电磁传感器、声传感器或应变传感器。所述机构可以被配置为安装在管道或套管阀芯或井头壳体上。所述机构可以被配置为安装在表面位置上。所述机构可以包括一个或多个有线或无线处理设备，用于基于所述一个或多个信号生成数据，以传输到有线或无线的远程设备。

所述系统可以包括机构，所述机构用于将所述一个或多个传感器永久地固定至所述井头或所述管道吊架。所述机构可以包括具有锥形螺纹的孔。在所述一个或多个传感器中的一个传感器可以用于配合所述螺纹。所述机构可以包括具有非锥形螺纹的孔。在所述一个或多个传感器中的一个传感器可以用于配合所述螺纹。

本说明书中描述的任何两个或更多个特征，包括本发明内容部分中的特征，可以组合以形成本说明书中未具体描述的实施方式。

通过在一个或多个处理设备上执行存储在一个或多个非暂时性机器可读存储介质上的指令，可以控制至少一部分的本说明书中描述的方法、系统和技术。非暂时性机器可读存储介质的示例包括只读存储器、光盘驱动器、存储盘驱动器、随机存取存储器等。可以使用包括一个或多个处理设备和存储指令的存储器的计算系统来控制本说明书中描述的方法、系统和技术的至少一部分，所述一个或多个处理设备可以执行所述指令以执行各种控制操作。

在附图和以下描述中阐述了一种或多种实施方式的细节。根据说明书和附图以及根据权利要求书，其他特征和优点将显而易见。

附图说明

图1是示例性井施工管道柱构造的部件的横截面示意图。

图2是示例性井头阀芯(spool)和相应的管道吊架的一部分的横截面示意图。

图3是安装在降落在示例性井头的负载肩上的管道柱上的示例性管道吊架的一部分的横截面示意图。

图4是在示例性井头阀芯的一部分上的传感器的横截面示意图，所述井头阀芯具有支撑示例性管道吊架的负载肩。

图5是示出用于在示例性井头或管道吊架上安装一个或多个传感器并执行降落操作的示例性过程的流程图。

图6是示例性井头的一部分的横截面示意图，所述井头在穿透井头至负载肩的密封端口中包含电磁传感器。

图7是将图6的图像的一部分的放大图。

图8是示例性井头和吊架部分的平面图，其示出了示例性传感器位置。

图9是示出示例性传感器位置的正视图。

不同附图中相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

在本说明书中描述了用于检测管道吊架在井头中降落的示例性技术。示例性的井头包括在井头的内径处延伸到通孔中的负载肩。该负载肩被配置为支撑被称为吊架的结构，该结构悬挂并支撑延伸到井下的管件。一个或多个传感器被配置为基于该结构和该负载肩之间的接触程度来生成一个或多个信号。有线或无线远程设备(诸如仪表或手持单元)可以被配置为基于这些信号输出信息。该信息可以指示例如该结构是否由负载肩适当地支撑、或该结构是否未被适当地支撑。传感器还可在安装过程中生成信号，以跟踪安装进度。这些信号可用于在安装过程中识别问题。

图1示出了管道构造10的示例性实施方式。图1的示例包括到达表面12的表面套管11；到达表面12的中间套管13；到达表面12的生产套管14；以及，到达表面12的生产管15。尽管在图1的套管柱中仅包括三个套管或套管段，但是套管柱可以包括任何适当数量的套管。在一些实施方式中，管道构造10还包括诸如井头的结构(未标记)，以及被配置为悬挂、密封和支撑井下管件的管道吊架或心轴套管吊架(mandrel casing hanger)。在一个示例中，管道吊架悬挂井下管件并包括密封系统，以确保管道柱之间的环形空间将管道柱彼此液压隔离。在一个示例中，管道心轴套管吊架使得井下管道柱能够在安装和固定操作期间进行往复运动。

本说明书中描述的示例性系统可以被配置为提供管道吊架降落在负载肩的适当位置的正向指示。在一些实施方式中，该系统可以减少或消除支撑井下管件的管道吊架将被错误地安装或在井头中被设置得太高的概率，从而减少了对安装进行校正的昂贵的二次操作的需要。在一些实施方式中，系统可以被配置为在安装期间检测错误。

图2概念性地示出了支撑被螺纹连接到井下管道柱上的管道吊架20的井头17的一部分的示例。图2示出了管道吊架20的一部分。在这方面，由井头和管道吊架支撑的管道柱的井下部分可包括，例如，诸如封隔器、抛光孔接收器(PBR)等的部件。通常，在该示例中，管道柱的井下部分可以包括：能够包括在井眼中的井下的任何适当的部件。管道柱的井下部分的示例包括图1的套管13、14和15。

在图2的示例中，井头17包括十厘米(10cm)至二十五厘米(25cm)厚的不规则形状的铸钢壳体。但是，该系统不限于具有这些尺寸的井头、不限于图中所示的形状或不限于锻造或铸钢成分。可以使用任何合适的井头或心轴管道吊架。在该示例中，井头17包括延伸到井头17的内径中的锥形或九十度负载肩19，并且被配置为支撑并悬挂管道吊架20。在此示例中，负载肩19的长度至少为5毫米(5mm)。但是，负载肩可以具有任何适当的长度、其他尺寸或形状。

负载肩19被配置为部分地或完全地支撑管道吊架20和在井头17的井下延伸的管道柱。值得注意的是，管道柱的在井头17的井下延伸的部分可以包括在井头17内或在井头17的井上的部件。管道柱的在井头17的井下延伸的部分可以至少部分地由诸如管道吊架或心轴套管吊架20(以下称为“管道吊架20”)的结构支撑。该结构包括锥形或90度朝下的接触肩21，在该示例中，该接触肩21具有与负载肩19的形状兼容并且相对于其均匀的形状。例如，接触肩21被成形为与位于井头17上的支撑肩19配合并由该支撑肩19支撑。因此，如图3所示，在井的建造期间，管道吊架接触肩21接触井头负载肩19并由负载肩19支撑。

同时参照图2和图3，箭头23示出了管道吊架20在安装期间，以及最终降落以支撑在井头负载肩19上的移动方向。如果接触肩降落在负载肩的不适当或意外的位置上，则管道柱的井下部分可能无法被负载肩适当地支撑，这可能会对井的井头堆积(wellheadstack-up)、管道完成(tubular completion)或生产具有不利影响。在一些井头和管道吊架的实施方式中，负载肩19具有预定义区域，接触肩21应降落在该预定义区域中，以便为管道柱的井下部分提供适当的支撑。传感器、涂层、或传感器和涂层22的一种或多种组合可以被布置在井头中或管道吊架上的一个或多个适当位置，以产生并输出信号、数据或信息，该信号、数据或信息指示或表示是否在预定义区域中管道吊架接触肩21降落在井头负载肩19上，并且由该负载肩19支撑。在一些实施方式中，该一个或多个传感器可以位于井头中或在管道吊架上的一个或多个适当的位置，以产生并输出信号、数据或信息，该信号、数据或信息指示或表示，例如在将接触肩21降落在负载肩19上之前，管道吊架20是否正被正确地安装。在一些实施方式中，传感器被配置为仅用于发送信号，并且在一些实施方式中，传感器被配置为用于发送和接收信号。在一些实施方式中，可以通过接收到的信号对传感器进行远程编程，或者可以通过接收到的信号向传感器进行信息查询。

在一些实施方式中，传感器包括一个或多个电磁传感器、一个或多个声学传感器、一个或多个应变传感器、或一个或多个电磁传感器、一个或多个声学传感器以及一个或多个应变传感器的某种组合。其他类型的传感器也可以单独使用，或者适当地与一个或多个电磁传感器、一个或多个声学传感器或一个或多个应变传感器组合使用。

在示例中，一个或多个传感器可以包括一个或多个电磁传感器。示例性电磁传感器可以包括一个或多个磁体以及其他部件。每个电磁传感器可以被配置为基于管道吊架接触肩21到井头负载肩19的接近度、或基于接触肩21和负载肩19之间的接触来检测一个或多个磁场，并输出一个或多个表示该磁场的信号。例如，可以相对于井头负载肩19和管道吊架接触肩21在适当的位置处并入电磁传感器。在示例性实施方式中，在管道吊架接触肩21上或在井头负载肩19上可以有单个电磁传感器22、有围绕井头17的内周或外周等距或不等距的四个电磁传感器、或同时有负载肩上的一个电磁传感器和围绕井头17的内周或外周等距或不等距的四个电磁传感器。在一些实施方式中，可能有一到六个电磁传感器。可以使用任何适当数量的电磁传感器，并且那些电磁传感器可以被安置在任何适当的位置。

示例性电磁传感器可以检测在井头负载肩19附近(例如，与井头负载肩19接触或在井头负载肩19的预定义距离之内)的由管道吊架接触肩21的存在所产生的磁场的变化。例如，井头负载肩19和管道吊架接触肩21之间的适当接触可以产生具有适当公差的预定义特征(例如通量、强度等)的磁场。例如，在接触肩21和负载肩19之间实际接触之前，接触肩21相对于负载肩19的适当或预期的运动可以产生具有适当公差的预定义特征(例如通量、强度等)的磁场。电磁传感器可以基于当管道吊架接触肩21移动到井头负载肩19附近(例如，与井头负载肩19接触或在井头负载肩19的预定义距离内)时产生的磁场来产生一个或多个信号。所产生的信号可以被处理以确定所检测的磁场是否具有预定义特征，或者是否在该预定义特征的可接受的公差内。

在管道吊架接触肩21实际上已经降落在井头负载肩19上的示例中，如果检测到的磁场具有预定义特征，或者在预定义特征的可接受的公差内，则确定接触肩21已经适当地降落在负载肩19上，因此，负载肩19适当地支撑了与井头负载肩19下方延伸的套管柱连接的管道吊架20的部分。如果检测到的磁场不具有预定义特征，或者不在预定义特征的可接受公差内，则确定管道吊架接触肩21尚未适当地降落在井头负载肩19上，因此，负载肩19没有适当地支撑与负载肩19下方延伸的套管柱连接的管道吊架20的部分。在后一种情况下，与负载肩19下方延伸的套管柱连接的管道吊架20的部分(包括包含管道吊架20的任何结构)可以至少部分地向井上移动，或完全从井眼中移出，并且可以再次尝试其安装。

在接触肩21尚未降落在负载肩19上的示例中，如果检测到的磁场具有预期的预定义特征，或者在预定义特征的可接受公差内，则确定接触肩21是在到负载肩19的正确路径上，因此，安装正在按预期的进行。如果检测到的磁场不具有预定义特征，或者不在预定义特征的可接受的公差范围内，则确定接触肩21不是在到负载肩19的正确路径上，因此，该安装没有按预期的进行。在后一种情况下，管道吊架20正在被安装的部分，包括包含接触肩的任何结构，可以至少部分地向井上移动或者完全从井眼中移除，并且可以再次尝试其安装。在一些实施方式中，用于判断适当降落的磁场的预定义特征不同于用于判断适当安装路径的磁场的预定义特征。

示例性声传感器可以被配置为基于井头负载肩19和管道吊架接触肩21之间的接触或撞击来检测一个或多个声学特征。例如，在安装期间，管道吊架20在井头17内向下移动，导致管道吊架接触肩21撞击井头负载肩19。由于这种撞击，产生了声音。该声音具有基于撞击程度而变化的声学特征。例如，接触肩和负载肩之间的接触面积越大，撞击时的声音就越大。例如，管道吊架接触肩21和井头负载肩19之间的接触面积越小，撞击时的声音就越小。在一些示例中，声音的频率、或一个或多个其他声学特征可以基于管道吊架接触肩和井头负载肩的撞击或接近的程度而不同。声传感器检测到由于撞击或接近而产生的声音，并基于该声音输出一个或多个特征信号。例如，声传感器可以检测声音的振幅或所产生的声波的特征或形状。可以将声传感器置于相对于井头负载肩19和管道吊架接触肩21的适当位置。在一些实施方式中，可能有一到六个声传感器。可以使用任何适当数量的声传感器，并且那些声传感器可以被安置在任何适当位置。在一些实施方式中，可以在相对于井头负载肩19和管道吊架接触肩21的适当位置处涂覆一个或多个可检测的涂层，以便放大由声传感器接收到的声音。因此，声传感器可以与可检测的涂层组合使用。

示例性声传感器可以是无源或监听类型，有源、动力类型，或者是无源或监听类型和有源、动力类型的组合。有源、动力类型设备被配置为向其所处的环境添加声能，这可以使得比使用其他有源设备或无源设备能够更加容易地识别特征响应。例如，有源声传感器可以“查验(ping)”区域，以监测和检测井头负载肩和管道吊架接触肩的相对位置。可以使用这些结构的声反射来识别它们的位置。

如所指出的，示例性声传感器可以检测由于井头负载肩19和管道吊架接触肩21的接触或接近而产生的声学特征。例如，井头负载肩19和管道吊架接触肩21之间的适当接触可以产生具有预定义特征的声学特征，该特征可以至少部分地由声音的振幅来限定。声传感器可以基于当管道吊架接触肩21撞击井头负载肩19时产生的声学特征而产生一个或多个信号。可以对这些信号进行处理以确定所检测的声学特征是否具有预定义特征，或者是否在预定义特征的可接受公差内。如果检测到的声学特征具有预定义特征，或者在预定义特征的可接受公差内，则确定管道吊架接触肩21已经适当地降落在井头负载肩19上，因此，井头负载肩19适当地支撑与井头负载肩19下方延伸的套管柱连接的管道吊架20的部分。如果检测到的声学特征不具有预定义特征，或者不在预定义特征的可接受范围内，则确定管道吊架接触肩21没有适当地降落在井头负载肩19上，因此，井头负载肩19没有适当地支撑与井头负载肩19下方延伸的套管柱连接的管道吊架20的部分。在后一种情况下，与井头负载肩19下方延伸的套管柱连接的管道吊架20的部分(包括包含或支撑管道吊架20的任何结构)可以至少部分地向井上移动，或者完全从井眼中移出，并且可以再次尝试其安装。

在一些实施方式中，例如，在管道吊架接触肩21尚未降落在井头负载肩19的情况下，声传感器可以被配置为在安装附接于套管柱的管道吊架20的一部分期间检测声能。在这样的示例中，如果在管道吊架接触肩21和井头负载肩19接触之前检测到意外的声音，则管道吊架20的正在被安装的部分，包括包含管道吊架接触肩21的任何结构，可以至少部分地向井上移动，或完全从井眼中移出，并且可以再次尝试其安装。

示例性的应变传感器(例如应变仪)可以被配置为基于井头负载肩19和管道吊架接触肩21之间的接触或撞击来检测井头17中的应变。例如，在安装期间，管道吊架20向下移动进入井头17，从而导致管道吊架接触肩21撞击井头负载肩19。由于该撞击和随后的接触，在井头负载肩19和管道吊架接触肩21之间产生应变。应变的大小和位置具有基于接触位置而变化的特征。例如，管道吊架接触肩21和井头负载肩19之间的接触面积越大，则在接触点周围的区域上的应变就越小。例如，管道吊架接触肩21和井头负载肩19之间的接触面积越小，在接触点周围的区域上的应变就越大。应变传感器可以被配置为检测该应变。在一些实施方式中，可能有一到六个应变传感器。可以使用任何适当数量的应变传感器，并且那些应变传感器可以被安置在相对于管道吊架接触肩21或井头负载肩19的任何适当位置。

如所指出的，示例性应变传感器可以检测由井头负载肩19和管道吊架接触肩21的接触导致的应变。例如，井头负载肩19和管道吊架接触肩21之间的适当接触可以在井头17或管道吊架20的部件中产生预期的应变，例如预期的应变大小、分布、或大小和分布两者。应变传感器可以基于对当管道吊架接触肩21由井头负载肩19支撑时产生的应变的测量来产生一个或多个信号。可以对这些信号进行处理以确定所检测到的应变的大小、分布、或大小和分布两者是否与预期应变相匹配，或者是否在预期应变的可接受公差内。如果检测到的应变与预期应变匹配，或在预期应变的可接受公差内，则确定管道吊架接触肩21已经适当降落在井头负载肩19上，因此，井头负载肩19适当地支撑与井头负载肩19下方延伸的套管柱附接的管道吊架20的部分。如果检测到的应变与预期应变不匹配，或者不在预期应变的可接受公差内，则确定管道吊架接触肩21并未适当地降落在井头负载肩19上，因此，井头负载肩19没有适当地支撑与井头负载肩19下方延伸的套管柱附接的管道吊架20的部分。在后一种情况下，在井头负载肩19下方延伸的管道吊架20部分(包括包含管道吊架接触肩21的任何结构)可以至少部分地向井上移动，或完全从井眼中移出，并且可以再次尝试其安装。

在一些实施方式中，在管道吊架接触肩21尚未降落在井头负载肩19上的情况下，应变传感器可以被配置为检测管道吊架20中的应变、检测井头17中的应变、或检测管道吊架20和井头17两者中的应变。在这样的示例中，如果在管道吊架接触肩21和井头负载肩19之间的接触之前检测到意外应变，则管道吊架20的正在被安装的部分(包括包含管道吊架接触肩21的任何结构)可以至少部分地向井上移动，或完全从井眼中移出，并且可以再次尝试其安装。

在一些实施方式中，传感器可以包括一个或多个电磁传感器、一个或多个声传感器或一个或多个应变传感器的组合。在一些实施方式中，传感器可以包括一个或多个电磁传感器、一个或多个声传感器和一个或多个应变传感器的组合。例如，传感器可以包括电磁传感器、应变传感器和声传感器、或一个或多个电磁传感器、应变传感器或声传感器的任何适当的组合。可以将不同的传感器配置为在安装过程中同时(例如整个时间)进行检测或在安装过程中的不同时间进行检测。

在一些实施方式中，传感器可以被布置在或固定到井头、或管道吊架、或井眼中的任何其他适当的结构上。例如，传感器可以被安装在孔中，或使用适当的安装机构安装在井头17、或管道吊架20、或井头17和管道吊架20两者的外部、内部或同时在外部和内部。孔可以具有穿过井头17、穿过管道吊架20或同时穿过井头17和管道吊架20的锥形或非锥形的螺纹。传感器可以被布置在或保持在诸如附接到井头的带的临时设备上。例如，传感器可以附接到临时固定的传感器带或夹具，该传感器带或夹具被配置用于安装在井头上，或者被配置用于安装在井头的处理过的表面位置上。传感器带可装配在包含并接近负载肩19的井头17的外周周围，或在井头上的任何其他适当位置。图4示出了围绕井头17的外周固定的示例性传感器或传感器带24的部分。图4还在概念上示出了传感器可检测到的信号25。在图4的示例中，有线或无线便携式单元、手持设备或计算系统27与传感器或传感器带24通信28。

图8是示例性井头部分51和管道吊架52部分的俯视图或平面图，该俯视图或平面图通过在该井头和吊架部分观察井下而获得的。井头部分51还示出了在其顶部凸缘下方的井头的外部52以及井头顶部凸缘53。图9是图8的俯视图上方的示例性井头和管道吊架部分的俯视图。同时参考图4，使用虚线48，图9示出了示意图49的部件可以位于井头部分51和吊架52部分中位置的示例。

在一些实施方式中，如上所述，可包括保持机构(诸如传感器带)的传感器组件可以被安装在井头上，以便在管道吊架移动通过井头并最终接触并降落在井头负载肩时监测变化的状况。传感器带可以由电池或外部电源供电。如前所述，相同类型或不同类型的多个传感器可以单独使用或作为阵列使用，以实现该降落的周向识别。传感器或传感器带可被配置用于安装在井头上的处理过的表面位置上(例如在垂直和水平轴上)，或在粗糙的锻造或铸造和涂漆的表面上。

传感器带上或外的传感器可以是有线的或无线的。在一些实施方式中，导线可以在传感器和远程设备(诸如仪表、便携式单元、手持式设备或计算系统)之间延伸。导线可以在传感器和远程设备之间传输信号。在一些实施方式中，信号可以在传感器和远程设备之间无线传输。例如，信号可以是射频(RF)信号或其他适当的无线信号。在一些实施方式中，发送的信号可以是有线和无线信号的组合。在一些实施方式中，信号基于井头负载肩19和管道吊架接触肩21的接触，该管道吊架接触肩21与井头负载肩19支撑的，在井下延伸至负载肩19下方的套管柱相附接。在一些实施方式中，该信号表示与井下延伸至负载肩19下方的套管柱附接的管道吊架20的部分被负载肩19支撑的程度。在一些实施方式中，该信号基于井头负载肩19和管道吊架接触肩21的接近度。如前所述，表示声传感器检测到的声音变化、电磁传感器检测到的磁场变化、或应变传感器检测到的应变变化的值，可以由传感器作为一个或多个信号发送到远程设备。然后，远程设备或读取器可以解释或处理这些信号，以便确定井头负载肩19对井下延伸至负载肩19下方的管道吊架20的部分的支撑程度，或按预期进行管道吊架20安装的程度。

因此，在一些实施方式中，从传感器传输到远程设备的信号是表示由传感器测量的实际物理现象的信号。例如，信号可以表示所测量的应变的量、磁场的变化、或在管道吊架接触肩21和井头负载肩19接触时识别出的声学变化。在信号表示由传感器测量的实际物理现象的示例中，远程设备可以包括处理和解释信号的智能。例如，远程设备可以是或包括有线或无线便携式单元、手持式设备或包括一个或多个处理设备的计算系统。计算系统可以接收信号，将信号转换成表示信号的数字数据，并且处理该数字数据以确定井头负载肩19对与井下延伸至负载肩19下方的套管柱附接的管道吊架20的部分的支撑程度，或按预期进行安装的程度。

计算系统可以生成数据以呈现图形，以数字、文字、图像、或数字、文字和图像的组合的方式，示出井头负载肩19对与井下延伸至负载肩19下方的套管柱附接的管道吊架20的部分的支撑程度。该计算系统可以生成数据以呈现图形，以数字、文字、图像或数字、文字和图像的组合的方式，示出与倾向于井下延伸至负载肩19下方的套管柱附接的管道吊架20安装进度。在一些实施方式中，计算系统可以生成数据以输出语言通知，该语言通知指示井头负载肩19对与井下延伸至负载肩19下方的套管柱附接的管道吊架20的部分的支撑程度，或者附接到倾向于井下延伸至负载肩19下方的套管柱的管道吊架20的安装进度。

在一些实施方式中，计算系统可以控制便携式单元、手持式设备或仪表，其本身可以不包括机载智能或仅包括有限的机载智能。便携式单元、手持式设备或仪表可以基于计算系统提供的控制来提供关于井头负载肩19对与井下延伸至负载肩19下方的套管柱附接的管道吊架20的部分的支撑程度的指示。例如，便携式单元、手持式设备或仪表可以是或可以包括简单的识别或状态设备，该简单的识别或状态设备显示(例如)交通灯类型的在所有上述传感器或某些传感器上的可接受降落的确认。在一些实施方式中，便携式单元、手持式设备或仪表可以提供与在倾向于延伸到负载肩下方的套管上的管道吊架20的安装相关的错误或其他问题的指示。在一些实施方式中，便携式单元、手持式设备或仪表可以包括一个或多个处理设备，以直接从传感器接收信号或从其他地方接收数字数据，并处理该信号或数据以生成适当的指示，例如本说明书所述的指示。

在一些实施方式中，用于固定传感器(例如传感器带)的机构可以包括机载计算系统(未示出)，该机载计算系统可以包括一个或多个处理设备。机载计算系统可以被配置或编程为从传感器接收信号，以处理该信号并解释该信号。例如，机载计算系统可以接收信号，将该信号转换为表示该信号的数字数据，并处理该数字数据以确定关于井头负载肩19对与井下延伸至负载肩19下方的套管柱附接的管道吊架20的部分的支撑程度。

机载计算系统可生成数据以呈现图形，以数字、文字、图像或数字、文字或图像的组合的方式，示出井头负载肩19对与井下延伸至负载肩19下方的套管柱附接的管道吊架20的部分的支撑程度。机载计算系统可以生成数据以呈现图形，以数字、文字、图像或数字、文字或图像的组合，示出与倾向于井下延伸至负载肩19下方的套管柱附接的管道吊架20的部分的安装进度。在一些实施方式中，计算系统可以生成数据以输出语言通知，该语言通知指示井头负载肩19对与井下延伸至负载肩19下方的套管柱附接的管道吊架20的部分的支撑程度，或者该管道吊架20的安装进度。所生成的数据可以经由有线连接、无线连接、或同时有线连接和无线连接而被输出到一个或多个用于输出的设备。在一些实施方式中，机载计算系统可以基于所生成的数据来控制仪表(诸如先前描述的仪表)以产生指示。在一些实施方式中，可以将数据从机载计算系统输出到远程手持单元或计算系统，用于进行进一步的处理、生成显示、或同时进行进一步的处理和生成显示。

示例安装过程可能包括图5所示的操作。参照图5，准备传感器(30)。这可以包括对传感器进行针对井头或吊架的永久修改(30a)，或者对传感器进行临时修改(30b)。例如，临时传感器可以是独立的、磁性的、或是带或夹具的一部分。在准备(30)之后，可以执行示例操作序列31。传感器可以被安装(32)。如所指出的，如图5所示，传感器可以是声传感器、电磁传感器或应变传感器中的一个或多个。在示例中，可以使用机械机构将传感器临时或永久地安装在井头上。该机械机构可以被配置为提供各个传感器的正确位置，以及到阀芯(spool)主体的外表面的位置、接触和耦接。

在一些实施方式中，穿过井头主体的端口位置可以被预先钻孔或攻丝以允许旋入一个或多个传感器的一个连接或多个连接。在一些实施方式中，端口可以结合高压密封件44(见图7)的能力以防止井眼碳氢化合物与大气连通。例如，图6和图7示出了包括安装在井头中形成的孔中的磁传感器40的实施方式。在图7中放大显示了区域41。在该示例中，形成孔42，然后安装传感器杆40，并且在该示例中，安装填料44和高压填料压盖45以封闭和密封传感器杆的外径和端口。在图7中未示出该孔为封闭。其他构造可以使用与图6和图7所示的部件不同的部件。

在一些实施方式中，可以在安装传感器带或其他固定机构之后安装传感器。在这样的实施方式中，在安装之后执行进一步的传感器安装。在一些实施方式中，在安装传感器带或其他固定机构之前安装传感器。在这样的实施方式中，不需要进一步的传感器安装。在一些实施方式中，安装远程设备或传感器读取器(33)以与传感器通信。如所指出的，并且如图5所示，该设备或读取器可以是有线的或无线的。在一些实施方式中，可以预先安装远程设备或传感器读取器，并且不需要进一步的安装。

作为操作序列的一部分，可以与远程设备或传感器读取器建立通信(34)。如所指出的，远程设备或传感器读取器可以是例如有线或无线仪表、手持单元、计算机或这些的组合。可以使用验证例程建立通信，该验证例程在安装时确认(35)来自传感器的可接受的响应。在示例中，可接受的响应可以包括在预定义信号的发送之后接收到期望的响应。在一些实施方案中，可执行校准(35)以确定确保适当的响应检测。

作为管道吊架，例如图2至图4的管道吊架20，将其下降到井头中，在一些实施方式中，系统使用交通信号灯识别系统做出响应，首先注意到管道吊架已经进入其最终静止位置附近，然后确认管道吊架处于正确的位置。例如，显示的黄灯可以指示管道吊架已经进入其在井头17中在接触肩19上的最终降落位置的附近，而显示的绿灯可以指示吊架处于在井头17中在接触肩19上的正确的降落和悬挂位置。如果管道吊架不在正确的位置，则适当地输出表示该效果的指示。例如，可能会显示红灯，以指示管道吊架在井头17中在接触肩19上并非处于正确的降落和悬挂位置、或不在达到正确位置的路径上，如通过分析一个或多个传感器信号确定的。如前所述，传感器(诸如电磁传感器)可以被配置成在管道吊架20和接触肩19之间的接触之前检测物理现象(诸如磁场)的变化。因此，基于传感器读数或信号的信息可以被处理，或以其他方式用于确定管道吊架已经进入其在接触肩19上的井头17中的最终静止降落和悬挂位置的附近，或者正处于达到该最终静止降落和悬挂位置的路径。

在一些实施方式中，在检测和确认(36)成功的管道吊架降落之后，如果必要或适用，则可以从井头外部移除(37)用于固定传感器的机构(例如传感器带)。可以检查传感器带与套管或阀芯接触的表面，并视需要使用防腐剂进行处理，以确保长期使用和环境暴露。在一些实施方式中，用于固定传感器的机构可以是永久的，并且可以保留在井中，并且可以在井的操作期间用于监视或用于其他适当目的。

尽管在本说明书中提供的示例中示出和描述了垂直井眼，但是本说明书中描述的示例系统和方法可以在全部或部分为非垂直的井眼中实现。例如，该系统和方法可以在偏斜井眼、水平井眼或部分水平井眼中执行。在一些实现方式中，水平和垂直是相对于地球表面而定义。

本说明书中描述的全部或部分系统和方法以及它们的各种修改(以下称为“系统”)可以至少部分地通过或使用一台或多台计算机来进行控制，该计算机使用在一个或多个信息载体中(例如在一个或多个非暂时性机器可读存储介质中)明确地体现的一个或多个计算机程序。可以以任何形式的编程语言(包括编译或解释语言)编写计算机程序，并且可以以任何形式进行部署，包括作为独立程序或模块、部件、子例程或其他在计算环境中适合使用的单元。可以将计算机程序部署为在一个站点上的一台计算机或多台计算机上执行，或者分布在多个站点上并通过网络互连。

与控制系统相关的动作可以由一个或多个可编程处理器执行，该处理器执行一个或多个计算机程序以控制先前描述的全部或部分井形成操作。系统的全部或部分可以由专用逻辑电路控制，例如FPGA(现场可编程门阵列)和/或ASIC(专用集成电路)。

例如，适合于执行计算机程序的处理器包括通用微处理器和专用微处理器，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储区或从随机访问存储区或同时从只读存储区和随机访问存储区接收指令和数据。计算机的元件包括用于执行指令的一个或多个处理器，以及用于存储指令和数据的一个或多个存储区域设备。通常，计算机还将包括或可操作地耦接以从一个或多个机器可读存储介质(例如用于存储数据的大容量存储设备，例如磁盘、磁光盘)接收数据、或发送数据、或同时接收和发送数据。适合于体现计算机程序指令和数据的非暂时性机器可读存储介质包括所有形式的非易失性存储区域，例如包括半导体存储区域设备(例如EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦可编程只读存储器)和闪存存储区设备)、磁盘(例如内部硬盘或可移动磁盘)、磁光盘、以及CD-ROM(光盘只读存储器)和DVD-ROM(数字多功能光盘只读存储器)。

所描述的不同实施方式的要素可以组合以形成先前未具体阐述的其他实施方式。可以将元素从先前描述的系统中排除，而不会不利地影响其操作或整个系统的操作。此外，可以将各种单独的元件组合成一个或多个单独的元件以执行本说明书中描述的功能。

在本说明书中未具体描述的其他实施方式也在以下权利要求的范围内。

Claims (30)

1.一种系统，其特征在于，所述系统包括：

井头，所述井头包括井头负载肩，所述井头负载肩用于在井眼内支撑连接至管道柱的管道吊架，所述管道吊架具有管道吊架接触肩；以及

一个或多个传感器，所述一个或多个传感器基于所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩的接近度、或所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩之间的接触中的至少一个来生成一个或多个信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个传感器包括一个或多个声传感器，用于基于所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩的接近度、或所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩之间的接触中的至少一个来感测声能。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个传感器包括一个或多个电磁传感器，用于基于所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩的接近度、或所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩之间的接触中的至少一个来感测电磁信号。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个传感器包括一个或多个应变传感器，用于基于所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩的接近度、或所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩之间的接触中的至少一个来感测应变。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个传感器包括以下一个或多个传感器的组合：声传感器、电磁传感器或应变传感器。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步包括：

设备，所述设备被配置为生成基于所述一个或多个信号的输出。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述设备包括仪表，所述仪表具有用于显示所述输出的显示区域。

8.根据权利要求6所述的系统，其中所述设备被配置用于无线通信、用于有线通信、或者用于无线通信和有线通信两者。

9.根据权利要求6所述的系统，其中所述输出表示所述井头负载肩支撑所述管道吊架接触肩的部分的程度。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步包括：

一个或多个处理设备，用于基于所述一个或多个信号获得第一数据，并输出用于在显示器上呈现的第二数据，所述第二数据基于所述第一数据并表示所述井头负载肩支撑管道吊架接触肩的程度。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个传感器包括一个或多个声传感器，所述一个或多个声传感器用于基于所述接触来生成、检测或同时生成和检测声音，并基于所述井头负载肩支撑所述管道吊架接触肩的程度输出表示声学特征响应的所述一个或多个信号。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述系统进一步包括：

在相对于所述井头负载肩和所述管道吊架接触肩的一个或多个位置处的涂层，以放大所述声音。

13.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个传感器包括一个或多个电磁传感器，所述一个或多个电磁传感器用于产生磁场、检测磁场或同时产生和检测磁场，所述磁场基于所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩的接触或接近度，以及所述一个或多个信号对应于所述管道吊架接触肩与所述井头负载肩的接触或接近度的程度。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述一个或多个电磁传感器包括在所述井头或所述管道吊架上的至少一个磁体，来产生或检测由所述管道吊架接触肩与所述井头负载肩之间的接触或接近度导致的所述磁场的变化。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个传感器包括一个或多个电磁传感器，所述一个或多个电磁传感器用于基于所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩的接近度来检测磁场，并用于输出所述一个或多个信号，所述一个或多个信号表示所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩的接近度的程度。

16.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个传感器包括一个或多个应变传感器，用于基于所述管道吊架接触肩和所述井头负载肩的接触或接近度来输出所述一个或多个信号。

17.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个传感器包括无线传感器，并且所述一个或多个信号包括无线信号；以及

其中所述系统包括无线接收设备，用于基于所述一个或多个无线信号来生成显示。

18.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个传感器包括有线传感器，并且所述一个或多个信号通过一根或多根导线传输；以及

其中所述系统包括有线接收设备，用于基于所述一个或多个信号来生成显示。

19.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步包括机构，所述机构用于将所述一个或多个传感器至少临时地固定至所述井头或所述管道吊架。

20.根据权利要求19所述的系统，其中所述机构包括带，所述带围绕所述井头的外径固定。

21.根据权利要求19所述的系统，其中所述机构包括磁体。

22.根据权利要求19所述的系统，其中所述机构包括夹具。

23.根据权利要求19所述的系统，其中所述一个或多个传感器用于感应、感测、或感应和感测至少两种不同的物理现象。

24.根据权利要求19所述的系统，其中所述一个或多个传感器包括以下一个或多个传感器：电磁传感器、声传感器或应变传感器。

25.根据权利要求19所述的系统，其中所述机构被配置为安装在管道或套管阀芯或井头壳体上。

26.根据权利要求19所述的系统，其中所述机构被配置为安装在表面位置上。

27.根据权利要求19所述的系统，其中所述机构包括一个或多个有线或无线处理设备，用于基于所述一个或多个信号生成数据，以传输到有线或无线的远程设备。

28.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步包括机构，所述机构用于将所述一个或多个传感器永久地固定至所述井头或所述管道吊架。

29.根据权利要求28所述的系统，其中所述机构包括孔，所述孔具有锥形螺纹，所述一个或多个传感器中的一个传感器用于配合所述螺纹。

30.根据权利要求28所述的系统，其中所述机构包括孔，所述孔具有非锥形螺纹，所述一个或多个传感器中的一个传感器用于配合所述螺纹。

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