EA014181B1

EA014181B1 - Датчик положения плашечного противовыбросового превентора

Info

Publication number: EA014181B1
Application number: EA200970775A
Authority: EA
Inventors: Роберт Арнолд Джадж; Дэвид Дитц; Эрик Майлн
Original assignee: ХАЙДРИЛ ЮЭсЭй МЭНЬЮФЭКЧУРИНГ ЭлЭлСи
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2010-10-29
Also published as: SG178796A1; KR20090120464A; AR065366A1; CA2890474A1; KR101526612B1; NO343795B1; CN101675213A; CA2677653A1; EA200970775A1; CA2890472C; CA2677653C; AU2008216253B2; CN101675213B; CN107575182A; MX2009008764A; WO2008101005A1; CA2890472A1; NO20092833L; AU2008216253A1

Abstract

Предложен способ определения перемещения компонента устьевого оборудования скважины, включающий измерение относительного положения компонента устьевого оборудования скважины магнитострикционным датчиком в течение выбранного интервала времени. Способ содержит отправку сигнала от магнитострикционного датчика в устройство сбора данных и регистрацию относительного положения компонента устьевого оборудования скважины устройством сбора данных для выбранного интервала времени. Дополнительно способ включает в себя сравнение регистрируемого положения компонента устьевого оборудования скважины с рабочими данными для определения, является ли относительное положение требуемым.

Description

Область техники

Варианты осуществления изобретения, раскрытые в данном документе, относятся, в общем, к контрольно-измерительным приборам плашечных противовыбросовых превенторов. Конкретнее, варианты осуществления изобретения, раскрытые в данном документе, относятся к прямому измерению положения вектора скорости и скорости перемещения плашки в плашечном противовыбросовом превенторе.

Предшествующий уровень техники

Управление скважиной является важным аспектом разведки нефти и газа. При бурении скважины должны быть установлены защитные устройства для предотвращения травм персонала и повреждения оборудования в результате неожиданных событий, связанных с буровыми работами.

Технологический процесс бурения скважин включает в себя проходку различных подземных геологических структур или слоев. Иногда ствол скважины должен проходить слой, имеющий пластовое давление, существенно превышающее давление, поддерживаемое в стволе скважины. Когда такое происходит, про скважину говорят, что в ней происходит проявление или НГВП (неконтролируемое фонтанирование). Повышение давления, связанное с проявлением, в общем, производится притоком пластовых текучих сред (которые могут представлять собой жидкость, газ или их комбинацию) в ствол скважины. Проявление сравнительно высокого давления стремится распространиться от точки входа в ствол скважины к устью скважины (от зоны высокого давления к зоне низкого давления). Если позволить проявлению достичь поверхности, может произойти выброс буровой текучей среды, скважинных инструментов и другого бурильного оборудования из ствола скважины. Результатом таких выбросов может быть катастрофическое разрушение бурового оборудования (включающего в себя, например, буровую установку) и серьезные травмы или гибель персонала на буровой.

Поскольку существует риск выбросов, устройства, известные как противовыбросовые превенторы, устанавливают над устьевым оборудованием скважины на поверхности земли или на морском дне в устройствах глубоководного бурения для эффективной герметизации ствола скважины до проведения действенных мероприятий по борьбе с НГВП. Противовыбросовые превенторы можно привести в действие для адекватной борьбы с НГВП и его выкачивания циркуляцией из системы. Существует несколько типов противовыбросовых превенторов, наиболее распространенными являются плашечные противовыбросовые превенторы и универсальные противовыбросовые превенторы (включающие в себя противовыбросовые превенторы со сферическим уплотнительным элементом).

Плашечные противовыбросовые превенторы обычно имеют корпус и по меньшей мере одну пару горизонтально противоположных крышек. Крышки в общем крепятся к корпусу по своему периметру, например болтами. Альтернативно, крышки можно крепить к корпусу шарниром и болтами так, чтобы крышку можно было повернуть вбок для доступа для техобслуживания. Внутри каждой крышки находится приводимая в действие поршнем плашка. Плашки могут быть либо трубными плашками (которые при приведении в действие перемещаются для сцепления с бурильной трубой и скважинными инструментами и их охвата для герметизации ствола скважины), срезающими плашками (которые при приведении в действие перемещаются для сцепления и физического срезания любой бурильной трубы и скважинного инструмента в стволе скважины), или глухими плашками (которые при приведении в действие герметизируют ствол, как шиберная задвижка). Плашки обычно расположены противоположно друг другу, причем как трубные плашки, так и срезающие плашки или глухие плашки обычно уплотняются друг к другу вблизи центра ствола скважины для полной герметизации ствола скважины.

Плашки, в общем, выполняют стальными, оснащенными эластомерными компонентами на уплотняющих поверхностях. Блоки плашек поставляются в различных конфигурациях, обеспечивающих герметизацию ими ствола скважины. Трубные плашки обычно имеют круглый вырез в центре, соответствующий диаметру трубы в стволе скважины для герметизации скважины, когда труба находится в стволе скважины, вместе с тем, данные трубные плашки эффективно уплотняются только на трубах диаметров ограниченного диапазона. Универсальные плашки под несколько диаметров труб разработаны для уплотнения на трубах с диаметрами более широкого диапазона. Различные блоки плашек можно менять в противовыбросовых превенторах, что обеспечивает операторам возможность оптимизирования конфигурации противовыбросового превентора для конкретной секции ствола скважины или проводимой работы. Примеры плашечных противовыбросовых превенторов раскрыты в патентах США № 6554247, 6244560, 5897094, 5655745 и 4647002, каждый из которых полностью включен в данный документ в виде ссылки.

Знание скважинных условий чрезвычайно важно для правильного ведения работ и прогнозирования будущих проблем скважины. По данным параметрам можно более эффективно осуществлять мониторинг скважины для поддержания безопасных условий работы. Дополнительно к этому, когда обнаруживают опасные условия, можно надлежащим образом начать глушение скважины вручную или автоматически. Например, датчики температуры и давления в полостях противовыбросового превентора могут указывать на опасные условия или прогнозировать их. Эти и другие сигналы можно представить, как сигналы управления на панели управления оператора скважины. Оператор может, например, воздействовать на скважинные условия посредством регулирования скорости вращения бурильной трубы, осевой нагрузки на долото и работы буровых насосов системы циркуляции буровых текучих сред. Дополни

- 1 014181 тельно к этому, когда необходимо закрытие плашек противовыбросового превентора, оператору целесообразно иметь точную информацию о положении каждой плашки.

В прошлом уже использовали одно устройство для формирования сигнала, указывающего относительное положение частей компонентов, размещенных в закрытом кожухе (не обязательно в кожухе противовыбросового превентора), являющееся потенциометрическим датчиком. Такое устройство использует один или несколько датчиков, подверженных износу и погрешностям в тяжелых условиях работы. Более того, такие датчики подвержены подъему от отслеживаемой поверхности, что обуславливает погрешности. Также, перерыв энергопитания часто обуславливает искаженные отсчеты, поскольку данные устройства работают шагами, прибавляя к предыдущему значению или отнимая от него значения, относящиеся к конкретным поворотам или сегментам провода. Более того, как это общеизвестно, такие устройства являются недостаточно высокоскоростными устройствами. Таким образом, потенциометрические измерения нецелесообразны для точного определения параметров положения при перемещении плашки. Дополнительно к этому, потенциометрические датчики не являются подходящими для высокоскоростного практического применения, что придает им малую полезность или делает их бесполезными для практического применения при мониторинге параметров плашек.

Кроме того, устройства шагового измерения, измеряющие только промежуточное перемещение, имеют общеизвестный недостаток необходимости их выставления в исходное положение в случае перерыва энергопитания, а также как не обеспечивающие точности при непрерывном измерении.

Для повышения точности измерения местоположения плашек магнитострикционные датчики используют для мониторинга и/или управления положением плашек. Как описано в патентах США № 5320325 и 5407172, включенных в данный документ в виде ссылки, поршень, приводящий в движение толкатель плашки, размещен параллельно неподвижной намагничиваемой волноводной трубе. Магнитный узел окружает волноводную трубу и прикреплен к подвесу, прикрепленному к хвостовой части поршня.

В патентах США № 7023199, 7121185 и 6509733 магнитострикционный датчик установлен во внутреннем проеме порта датчика. Датчик имеет пьезометрическую трубку, проходящую во внутреннюю полость корпуса цилиндра и телескопически размещенную в канале в штоке поршня и узле штока.

Установка магнитострикционных датчиков в каждом из вышеупомянутых патентов не является оптимальной. Например, в патенте США № 7023199, поскольку датчик проходит в полость корпуса цилиндра, техническое обслуживание, выполняемое на блоке датчика, обязательно требует, чтобы плашка находилась в нерабочем состоянии. Прикрепление датчика и магнитов с использованием подвеса в патенте США № 5320325, хотя и не входит в полость корпуса цилиндра, может привести к неточным измерениям положений плашки и может увеличить расходы на изготовление плашечного противовыбросового превентора.

Сущность заявленного изобретения

Соответственно, существует необходимость создания усовершенствованного устройства для точного измерения местоположения или положения плашки или поршня плашки в противовыбросовом превенторе.

Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного устройства для точного измерения местоположения или положения плашки или поршня плашки в противовыбросовом превенторе.

В одном аспекте раскрытое изобретение относится к способу мониторинга давления цилиндра, оказываемого на плашки противовыбросового превентора, включающему в себя измерение относительного положения плашек противовыбросового превентора магнитострикционным датчиком, передачу сигналов от магнитострикционного датчика в устройство сбора данных, измерение давления цилиндра, оказываемого на плашки, устройством измерения давления, передачу сигналов от устройства измерения давления в устройство сбора данных и регистрацию измеренного давления цилиндра, как функции измеренного относительного положения, устройством сбора данных.

В другом аспекте раскрытое изобретение относится к способу испытания компонентов противовыбросового превентора, включающему в себя проведение испытания на циклическую долговечность противовыбросового превентора, измерение и регистрацию давления цилиндра, оказываемого на плашки противовыбросового превентора в выбранных положениях во время испытания на циклическую долговечность и измерение и регистрацию положения плашек магнитострикционным датчиком во время испытания на циклическую долговечность.

В другом аспекте раскрытое изобретение относится к способу определения перемещения компонента устьевого оборудования скважины, включающему в себя измерение относительного положения компонента устьевого оборудования скважины магнитострикционным датчиком в течение выбранного интервала времени, передачу сигнала от магнитострикционного датчика в устройство сбора данных, регистрацию относительного положения компонента устьевого оборудования скважины устройством сбора данных для выбранного интервала времени и сравнение регистрируемого положения компонента устьевого оборудования скважины с рабочими данными для определения, является ли относительное положение требуемым.

В другом аспекте раскрытое изобретение относится к противовыбросовому превентору плашечного

- 2 014181 типа, включающему в себя корпус, вертикальный проходной канал в корпусе, горизонтальный канал, проходящий через корпус и пересекающий вертикальный проходной канал, пару блоков плашек, расположенных в горизонтальном канале на противоположных сторонах корпуса, при этом блоки плашек выполнены с возможностью управляемого поперечного перемещения к вертикальному каналу и от него, при этом каждый блок плашек содержит гидравлический поршень, соединенный первым концом с блоком плашки и вторым концом с хвостовой частью поршня, магнитострикционную волноводную трубу, проходящую в канал по меньшей мере одной хвостовой части поршня, постоянный магнит, расположенный по меньшей мере на одной хвостовой части поршня, и магнитострикционную волноводную трубу, содержащую электрический провод для приема запрашивающего импульса от преобразователя, при этом запрашивающий импульс генерирует спиральный сигнал обратной связи, реагируя на относительное положение постоянного магнита по отношению к волноводной трубе, при этом преобразователь выполнен с возможностью приема спирального сигнала обратной связи и выдачи выходного сигнала положения блока плашки, соответствующего по меньшей мере одной хвостовой части поршня.

В другом аспекте раскрытое изобретение относится к способу определения относительного положения плашки, включающему в себя установку магнитострикционной волноводной трубы в канале хвостовой части поршня для возвратно-поступательного перемещения в нем, продольное намагничивание участка волноводной трубы по меньшей мере одним постоянным магнитом, скрепленным с хвостовой частью поршня, передачу импульсов в электрический провод, размещенный внутри волноводной трубы для создания тороидального магнитного поля, в котором вырабатывается сигнал обратной связи, когда выработанное тороидальное магнитное поле встречается с продольным намагниченным участком волноводной трубы, определение относительного положения плашки по сигналу обратной связи.

В другом аспекте раскрытое изобретение относится к способу добавления контрольноизмерительных приборов в плашечный противовыбросовый превентор, включающему в себя снятие кожуха головки цилиндра, снятие хвостовой части поршня с гидравлического поршня плашки, установку сменной хвостовой части поршня, содержащей канал, установку сменного кожуха головки цилиндра, сменной головки цилиндра, содержащей порт контрольно-измерительных приборов, прикрепление магнитного узла к хвостовой части поршня и расположение магнитострикционного датчика сменного кожуха головки цилиндра так, чтобы магнитострикционный датчик был выполнен входящим и выходящим из канала хвостовой части поршня при возвратно-поступательном перемещении гидравлического поршня плашки.

Другие аспекты и преимущества изобретения должны стать ясны из следующего описания и прилагаемой формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - общий вид с частичным разрезом плашечного противовыбросового превентора существующего уровня техники.

Фиг. 2 - разрез компоновочного узла крышки плашечного противовыбросового превентора согласно вариантам осуществления изобретения.

Фиг 3 - часть компоновочного узла крышки плашечного противовыбросового превентора на фиг. 2 согласно изобретению.

Фиг. 4 - диаграмма давления цилиндра, как функции зазора плашки, согласно вариантам осуществления изобретения.

Подробное описание изобретения

В одном аспекте варианты осуществления изобретения относятся к плашечному противовыбросовому превентору, включающему в себя контрольно-измерительные приборы для определения положения плашки в противовыбросовом превенторе. В другом аспекте варианты осуществления изобретения относятся к способам определения положения, скорости или скорости смыкания плашки в плашечном противовыбросовом превенторе.

На фиг. 1 показан противовыбросовый превентор 10 плашечного типа. Труба 12 скважинного инструмента, которая может являться частью бурильной колонны, размещенной сверху бурящейся скважины, или частью эксплуатационной колонны скважины, выполняющей добычу нефти или газа, показана проходящей через центральный вертикальный проходной канал 14 в корпусе 16 противовыбросового превентора 10. Корпус 16 может включать в себя противоположные горизонтальные проходные каналы 18, перпендикулярные проходному каналу 14. Горизонтальные проходные каналы могут проходить наружу в крышки 17, соединенные с корпусом 16. В проходных каналах 18 работают плашки 20, приводимые в движение гидравлическими поршнями 22 в своих соответствующих гильзах 23 цилиндров, размещенных в соответствующих гидравлических цилиндрах 19, присоединенных снаружи к крышкам 17. Поршни 22 могут возвратно-поступательно перемещать плашки 20 вперед и назад в проходных каналах 18 для открытия и закрытия уплотнителей или изнашиваемых накладок 24 в торцах плашек 20 относительно поверхности трубы 12. Соединения гидравлической жидкости (не показано) работают в соединении с камерой 25 открытия и камерой 26 закрытия для установки плашек 20 в нужное положение.

Как показано, плашечный противовыбросовый превентор 10 может включать в себя хвостовую часть 28, соединенную с поршнем 22. Хвостовая часть 28 поршня 22 перемещается возвратно

- 3 014181 поступательно в головке 30 цилиндра, которая может быть соединена болтами или иметь другое соединение с цилиндром 19.

Необходимо знать или устанавливать положение плашек 20, как описано выше. Это можно выполнить посредством размещения компонентов магнитострикционного датчика в кожухе головки гидравлического цилиндра, соединяющейся с цилиндром 19, показанным на фиг. 1. Специалистам в данной области техники ясно, что варианты осуществления изобретения, раскрытые в данном документе, имеют широкое применение для любого противовыбросового превентора плашечного типа, но даже более широкое, для любого устройства, использующего плашки.

На фиг. 2 и 3 показана головка цилиндра и устройство датчиков согласно вариантам осуществления изобретения, раскрытым в данном документе. Головка 30 цилиндра может быть соединена с цилиндром 19 посредством винтового, сварного, фланцевого или любых других соединений, известных в технике. Поршень 22, показанный в полностью открытом положении, может быть соединен с хвостовой частью 28 поршня, имеющей канал 32 хвостовой части поршня, проходящий, по меньшей мере, частично через хвостовую часть 28 поршня. Магнитный узел 38 может быть концентричным с хвостовой частью 28 поршня и прикрепленным к нему винтами 40, немагнитными винтами в некоторых вариантах осуществления изобретения. Разделитель 42, такой как кольцевое уплотнение, может быть помещен между магнитным узлом 38 и хвостовой частью 28 поршня.

Магнитный узел 38 может включать в себя два или более постоянных магнитов. В некоторых вариантах осуществления изобретения магнитный узел 38 может включать в себя три магнита; четыре магнита в других вариантах осуществления изобретения и более четырех магнитов в других вариантах осуществления изобретения.

Неподвижная закрепленная волноводная труба 44 может быть расположена в головке 30 цилиндра и может, по меньшей мере, частично проходить в канал 32 хвостовой части 28 поршня. Предпочтительно хвостовая часть 28 поршня радиально разнесена с волноводной трубой 44, чтобы не мешать перемещению поршня 22 и не вызывать износа волноводной трубы 44. Аналогично, магнитный узел 38 может быть радиально разнесен с волноводной трубой 44. В выбранных вариантах осуществления изобретения магниты магнитного узла 38 могут находиться на плоскости, перпендикулярной волноводной трубе 44.

Кроме того, токопроводящий элемент или электропровод (не показан) может проходить по оси волноводной трубы 44. И электропровод, и волноводная труба 44 могут быть соединены с приемопередатчиком 46, размещенным за пределами головки 30 цилиндра, посредством порта 48 связи. Приемопередатчик 46 может также включать в себя соответствующее средство для ввода запрашивающего импульса электрического тока в электрический провод.

Кольцевые уплотнения 50, размещенные между головкой 30 цилиндра и гидравлическим цилиндром 19, могут создавать уплотнение, предотвращающее протечки. Кольцевые уплотнения можно также использовать для уплотнения соединения между портом 48 связи и приемопередатчиком 46.

Когда плашка 20 перемещается вдоль оси, хвостовая часть 28 поршня и магнитный узел 38 перемещаются вдоль оси на такое же расстояние. Таким образом, при работе магнитострикционного датчика, расположенного в плашке, возможно определить на постоянной основе положение плашки 20.

Что касается работы магнитострикционного датчика, магнитострикция относится к способности некоторых металлов, таких как железо или никель, или железо-никелевых сплавов, расширяться или сокращаться при помещении в магнитное поле. Магнитострикционная волноводная труба 44 может иметь область внутри внешнего магнитного узла 38, продольно намагничивающуюся, когда магнитный узел 38 поступательно перемещается в продольном направлении вокруг волноводной трубы 44. Магнитный узел 38, как описано выше, включает в себя постоянный магнит, который может занимать положения, одинаково разнесенные друг от друга, на плоскости, перпендикулярной волноводной трубе 44, и радиально одинаково разнесенные относительно поверхности волноводной трубы 44. Внешнее магнитное поле устанавливается магнитным узлом 38, который может продольно намагничивать область волноводной трубы 44.

Волноводная труба 44 окружает электрический провод (не показан), размещенный вдоль ее оси. В электрический провод можно периодически вводить запрашивающий импульс электрического тока способом, хорошо известным в технике, например, посредством преобразователя 46, размещенного за пределами кожуха 30. Указанный ток вырабатывает тороидальное магнитное поле вокруг электрического провода и волноводной трубы 44. Когда тороидальное магнитное поле пересекает магнитное поле, образованное магнитным узлом 38, в волноводной трубе 44 наводится спиральное магнитное поле для выработки звукового импульса, проходящего к обоим концам волноводной трубы 44. Соответствующие гасители (не показано) на концах волноводной трубы 44 могут предотвращать возникновение эховых ревербераций импульса. Вместе с тем, на конце приемопередатчика или головке, спиральная волна трансформируется в скрученной секции волновода, прикладывая боковое напряжение в очень тонких магнитострикционных лентах, соединенных с волноводной трубой 44. Явление, известное как магнитоупругий эффект Виллари, обуславливает потокосцепление от магнитов, проходящее через чувствительные катушки, возмущение на которых подлежит передаче проходящими волнами напряжения в лентах, для выработки напряжения в катушках. Преобразователь 46 может также усиливать данное напряжение для управления и измерения.

- 4 014181

Поскольку импульс электротока перемещается со скоростью, близкой к световой, а импульс звуковой волны перемещается со скоростью, приблизительно равной скорости звука, существует временной интервал между моментом времени приема приемопередатчиком на головном конце каждого импульса в сравнении с отметками времени электрического импульса, вырабатываемого электронной схемой на головном конце. Данный интервал времени является функцией расстояния от внешнего магнитного узла 38 до конца трубы с приемопередатчиком. Посредством точного измерения интервала времени и умножения на скорость распространения в трубе можно определить расстояние от магнитного узла до головного конца трубы.

В случае потери сигнала, потери информации не происходит и нет необходимости выставления на ноль или возврата какого-либо отсчета. Отсчет абсолютно определен месторасположением магнитного узла 38 относительно преобразователя 46.

Зная абсолютное положение плашки, можно определить, является ли плашка полностью закрытой, застряла ли плашка, до какой степени уплотнитель или изнашиваемая накладка на торце плашки изношены и какова степень износа или люфта поршневого механизма. По повторяющимся запрашивающим импульсам также возможно измерить скорость или вектор скорости и скорость перемещения или ускорения, или замедления поршня.

При использовании в данном документе термин зазор плашки относится к зазору при поступательном перемещении между горизонтально противоположными плашками противовыбросового превентора. В выбранных вариантах осуществления изобретения зазор плашек можно рассчитать и зарегистрировать посредством определения абсолютного положения каждой плашки, что обеспечивает расчет относительного расстояния между плашками. В выбранных вариантах осуществления изобретения положение плашек противовыбросового превентора можно определить, используя устройство цилиндра и датчиков, аналогичное показанному на фиг. 2 и 3, или используя любое другое устройство контрольно измерительных приборов, известное в технике. Дополнительно, относительное положение плашки можно отправить в устройство сбора данных, которое можно использовать для расчета и регистрации данных зазора плашек противовыбросового превентора. В выбранных вариантах осуществления изобретения зазор плашек можно выразить количественно расстоянием зазора (например, в дюймах, сантиметрах и т.п.) между двумя плашками, как измеренным, так и рассчитанным.

Дополнительно к этому, при использовании в данном документе термин давление цилиндра относится к величине гидравлического давления, оказываемого на поршни, выполненные с возможностью закрытия плашек противовыбросового превентора. Поэтому значения давления цилиндра можно измерять в различных положениях (т.е. при различном зазоре плашек) и регистрировать. По этой причине противовыбросовый превентор согласно вариантам осуществления изобретения может включать в себя датчик давления или любое другое устройство, выполненное с возможностью измерения давления цилиндра. Дополнительно, устройство измерения давления может отправлять сигнал в устройство сбора данных для регистрации давления цилиндра в выбранных положениях.

Альтернативно, датчик усилия можно использовать для сообщения и регистрации фактического усилия на плашке, где усилие на плашке является функцией давления цилиндра. В данном описании давление цилиндра и усилие на плашке могут быть использованы взаимозаменяемо, поскольку усилие на плашку можно определить, как давление цилиндра, умноженное на площадь сечения поршня плашки.

На фиг. 4 показан график, отображающий давление цилиндра как функцию зазора плашек согласно вариантам осуществления изобретения. Данные, показанные на фиг. 4, получали при срезании кабельных и трубных изделий различных форм и размеров плашками противовыбросового превентора. Указанные данные можно измерять и регистрировать с использованием любых устройств и способов, описанных ранее. График содержит экспериментальные точки и кривые и облегчает понимание обстоятельств закрытия плашек вокруг объекта.

Кривые составлены по экспериментальным точкам, полученным при срезании кабельных и трубных изделий различных форм и размеров плашками противовыбросового превентора. Кривая 100 показывает данные, полученные при срезании элемента бурильной колонны новыми блоками плашек, где блок плашек является компонентом, прикрепленным к плашке, выполненной с возможностью срезания объекта, проходящего через противовыбросовый превентор. Аналогично, кривая 200 показывает данные, полученные при срезании элемента бурильной колонны бывшими в употреблении блоками плашек. Кривая 300 отображает данные, полученные при срезании толстостенной бурильной трубы на 5,5 дюймов, и кривая 500 показывает данные, полученные при срезании трубы на 3,5 дюйма и кабеля противовыбросовым превентором. Наконец, кривая 600 показывает данные, полученные при срезании только кабеля противовыбросовым превентором.

Кроме того, график отражает экспериментальные точки, которые могут указывать на некоторые события, происходящие во время закрытия плашек противовыбросового превентора вокруг объекта. В частности, экспериментальные точки 401 указывают положения, где давление цилиндра начинает превышать рабочее давление закрытия после входа в контакт с объектом. Дополнительно, как показано, экспериментальные точки 402 на графике могут указывать давление цилиндра, необходимое для срезания труб и/или кабелей, проходящих через противовыбросовый превентор. Дополнительно к этому, эксперимен

- 5 014181 тальные точки 402 могут указывать месторасположение плашек, когда трубы и/или кабели были срезаны. В данном документе, срезающее давление является величиной давления цилиндра, необходимого для начала срезания трубы и/или кабеля. Экспериментальные точки 403 могут указывать, где плашки контактируют с гибкими элементами, например, уплотнениями. Экспериментальные точки 404 могут указывать положение и давление цилиндра, когда плашки устанавливают контакт друг с другом. Экспериментальные точки 405 могут указывать увеличение давления цилиндра от контакта плашек и уплотнений, означающее полное закрытие плашек.

В одном варианте осуществления изобретения противовыбросовый превентор может включать в себя цилиндр, плашки и устройство датчиков, аналогичное показанному на фиг. 2 и 3. Противовыбросовый превентор можно подвергнуть испытанию на циклическую долговечность многократным открытием и закрытием плашек. Цикл может включать в себя однократное полное открытие и закрытие плашек. Испытание на циклическую долговечность является известным в данной области техники способом, который можно использовать для оценки надежности испытываемых компонентов. При испытании противовыбросового превентора на циклическую долговечность, данные, включающие в себя давление цилиндра в выбранных положениях (т.е. зазоре плашек), можно измерить и зарегистрировать для каждого цикла. Эти данные можно затем компилировать для показа того, как компоненты противовыбросового превентора (т.е. уплотнения, уплотнители, изнашиваемые накладки и запирающие механизмы) реагируют или перемещаются во время циклической работы. Такие данные могут быть полезными для определения времени, когда необходима замена или модификация компонентов. Причины замены компонентов противовыбросового превентора могут включать в себя, без ограничения, чрезмерный люфт и износ.

На другие компоненты устьевого оборудования отраслевого сортамента может со временем воздействовать перемещение. Компоненты устьевого оборудования могут включать в себя, например, устьевую соединительную муфту, отказоустойчивые клапаны, клинья распределительной коробки, зажимные плашки отклонителя, комплект баллонов гидроаккумулятора и любые другие компоненты, известные в технике. В одном варианте осуществления изобретения устройство датчиков, включающее в себя магнитострикционный датчик, можно использовать для определения положения по меньшей мере одного компонента устьевого оборудования. Магнитострикционный датчик может посылать сигнал в устройство сбора данных, которым можно затем регистрировать положение по меньшей мере одного компонента устьевого оборудования. Магнитострикционный датчик может посылать несколько сигналов на устройство сбора данных в течение выбранного интервала времени, указывая тем самым на любое перемещение компонента устьевого оборудования в течение выбранного интервала времени.

Может также возникнуть необходимость добавления контрольно-измерительных приборов к существующим плашечным противовыбросовым превенторам. Для добавления контрольно-измерительных приборов к существующему плашечному противовыбросовому превентору возможна замена или модификация участка плашечного противовыбросового превентора, сокращающая расходы, необходимые для модернизации существующего оборудования для включения в его состав контрольно-измерительных приборов. Например, возможно добавление контрольно-измерительных приборов в существующий плашечный противовыбросовый превентор посредством замены или модификации только кожуха головки цилиндра и хвостовой части поршня.

Существующий кожух головки цилиндра и хвостовую часть поршня можно удалить. Удаленную хвостовую часть поршня можно модифицировать с выполнением в ней центрального канала для контрольно-измерительных приборов и вновь прикрепить к гидравлическому поршню, или новую хвостовую часть поршня, имеющую центральный канал, можно прикрепить к гидравлическому поршню. Аналогично, кожух головки цилиндра можно модифицировать для включения в его состав порта контрольно-измерительных приборов, или новый кожух головки цилиндра, имеющий порт контрольноизмерительных приборов, можно соединить с корпусом плашечного противовыбросового превентора. Магнитный узел можно прикрепить к хвостовой части поршня, имеющей центральный канал, и магнитострикционный датчик, как описано выше, можно, по меньшей мере, частично расположить в центральном канале хвостовой части поршня.

После добавления контрольно-измерительных приборов может быть необходимым осуществить калибровку магнитострикционного датчика для полностью открытого и полностью закрытого положений плашек. Кроме того, контрольно-измерительные приборы для определения положения плашек можно функционально соединить с цифровой системой управления. Цифровую систему управления можно затем использовать для мониторинга, отображения и/или управления положением плашек на основе электронного сигнала от магнитострикционного датчика.

Предпочтительно варианты осуществления изобретения, раскрытые в данном документе, могут создать простые в установке контрольно-измерительные приборы для плашечных противовыбросовых превенторов, точно измеряющие положение, вектор скорости и ускорение плашки. Кроме того, варианты осуществления изобретения, раскрытые в данном документе, являются непроникающими в полость гидравлического цилиндра, что может создавать дополнительные преимущества.

Дополнительно, варианты осуществления изобретения, раскрытые в данном документе, могут обеспечивать гибкость компонентов плашечных противовыбросовых превенторов, при этом создавая

- 6 014181 унифицированную конструкцию плашечных противовыбросовых превенторов. Например, потребителям могут понадобиться плашечные противовыбросовые превенторы, снабженные или не снабженные контрольно-измерительными приборами. Целостность штока, соединяющего плашку и поршень, не ослабляется наличием внутреннего канала для размещения датчика, поскольку, в случае если датчик расположен в штоке, не требуется усиление или модификация штоков для использования с контрольноизмерительными приборами или без них. Кроме того, головки цилиндров и хвостовые части, предусматривающие размещение контрольно-измерительных приборов, можно легко взаимозаменять с головками цилиндров и хвостовыми частями, не предусматривающими размещения портов контрольноизмерительных приборов. При таком способе части могут являться взаимозаменяемыми, существующие плашечные противовыбросовые превенторы можно легко модифицировать для включения в их состав контрольно-измерительных приборов и потребителям будет предложена гибкость выбора продукции без опасений по поводу не унифицированного изготовления.

Варианты осуществления изобретения, раскрытые в данном документе, могут предпочтительно предусматривать способы испытаний и мониторинга работы компонентов противовыбросового превентора, обнаруживающие и/или предотвращающие потенциальные проблемы или вопросы в ходе их эксплуатации. Например, варианты осуществления изобретения, раскрытые в данном документе, могут предусматривать способ обнаружения люфта в фиксирующем механизме плашки. Дополнительно, варианты осуществления изобретения, раскрытые в данном документе, могут предусматривать способ испытания и измерения срока службы интервалов между техобслуживанием некоторых компонентов (например, уплотнений, уплотнителей, фиксирующего механизма), включенных в состав противовыбросового превентора.

Дополнительно к этому, варианты осуществления изобретения, раскрытые в данном документе, могут создавать способ обнаружения износа и/или факторов помех до работы противовыбросового превентора и во время его эксплуатации.

Кроме того, варианты осуществления изобретения, раскрытые в данном документе, могут предпочтительно создавать способ и устройство для регистрации закрытого положения с течением времени для графического установления и расчета остающегося срока службы резиновых компонентов. Дополнительно, варианты осуществления изобретения, раскрытые в данном документе, могут создавать устройство и способы мониторинга положения компонентов противовыбросового превентора во время разработки и испытания уплотнения, чтобы определить, как действуют эластомерные уплотнения и как они реагируют на воздействия для совершенствования конструкций эластомеров. Дополнительно, варианты осуществления изобретения, раскрытые в данном документе, могут создать способы и устройства для определения момента, когда труба срезана плашечным противовыбросовым превентором, что влияет на требования к аккумуляторам давления.

Дополнительно к этому, варианты осуществления изобретения, раскрытые в данном документе, могут быть практически применимыми для перемещения поршней в универсальном противовыбросовом превенторе. Такие варианты осуществления изобретения могут включать в себя использование индикаторов положения для определения интервалов замены пластин износа и уплотняющих блоков универсальных противовыбросовых превенторов. Дополнительно к этому, варианты осуществления изобретения, раскрытые в данном документе, могут быть практически применены для комплектующих деталей, включающих в себя, без ограничения, устьевую соединительную муфту, отказоустойчивые клапаны, клинья распределительной коробки, зажимные плашки отклонителя, баллоны гидроаккумулятора.

Хотя изобретение описано для ограниченного числа вариантов осуществления, специалистам в данной области техники, использующим преимущества настоящего изобретения, должно быть ясно, что другие варианты осуществления изобретения могут быть разработаны без отхода от объема изобретения, раскрытого в данном документе. Соответственно объем изобретения должен быть ограничен только прилагаемой формулой изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ мониторинга давления цилиндра, оказываемого на плашки противовыбросового превентора, заключающийся в том, что измеряют относительное положение плашек противовыбросового превентора магнитострикционным датчиком;

передают сигналы от магнитострикционного датчика в устройство сбора данных;

измеряют давление цилиндра, оказываемого на плашки, устройством измерения давления; передают сигналы от устройства измерения давления в устройство сбора данных и регистрируют измеренное давление цилиндра как функцию измеренного относительного положения устройством сбора данных.
2. Способ по п.1, в котором графически отображают измеренное давление цилиндра в зависимости от положения плашек с помощью устройства сбора данных.
3. Способ по п.1, в котором дополнительно осуществляют обзор данных, регистрируемых устройством сбора данных, и

- 7 014181 определяют, что плашки закрыты, когда давление цилиндра достигает заданного значения.
4. Способ по п.3, в котором закрытое положение содержит зазор плашек около нуля дюймов.
5. Способ по п.1, который дополнительно содержит определение оставшегося ожидаемого срока службы элементов уплотнения плашек противовыбросового превентора по давлению цилиндра, регистрируемому как функции относительного положения плашек.
6. Способ по п.1, который дополнительно содержит определение того, когда труба, размещенная между плашками, срезана под действием давления цилиндра, регистрируемого как функции относительного положения плашек.
7. Способ по п.1, который дополнительно содержит определение периодичности технического обслуживания для компонентов противовыбросового превентора по давлению цилиндра, регистрируемому как функция относительного положения плашек в течение выбранного периода времени.
8. Способ испытания компонентов противовыбросового превентора, заключающийся в том, что проводят испытания на циклическую долговечность противовыбросового превентора;

измеряют и регистрируют давление цилиндра, оказываемого на плашки противовыбросового превентора в выбранных положениях во время испытания на циклическую долговечность; и измеряют и регистрируют положение плашек магнитострикционным датчиком во время испытания на циклическую долговечность.
9. Способ по п.8, который дополнительно содержит сравнение регистрируемого давления цилиндра в выбранных положениях с рабочими данными для определения, требуют ли компоненты техобслуживания.
10. Способ по п.8, который дополнительно содержит сравнение регистрируемого положения плашек в выбранных положениях с рабочими данными для определения, требуют ли компоненты техобслуживания.
11. Способ определения перемещения компонента устьевого оборудования скважины, заключающийся в том, что измеряют относительное положение компонента устьевого оборудования скважины магнитострикционным датчиком в течение выбранного интервала времени;

передают сигнал от магнитострикционного датчика в устройство сбора данных;

регистрируют относительное положение компонента устьевого оборудования скважины устройством сбора данных для выбранного интервала времени и сравнивают регистрируемое положение компонента устьевого оборудования скважины с рабочими данными для определения, является ли относительное положение требуемым положением.
12. Способ по п.11, в котором компонент устьевого оборудования скважины является плашкой противовыбросового превентора.
13. Способ по п.12, который дополнительно содержит обнаружение люфта в плашке противовыбросового превентора измерением относительного положения магнитострикционным датчиком.
14. Способ по п.11, в котором компонент устьевого оборудования скважины является поршнем универсального противовыбросового превентора.
15. Способ по п.14, который дополнительно содержит определение интервалов замены износной пластины по относительному положению, зарегистрированному устройством сбора данных за выбранный интервал времени.
16. Способ по п.11, в котором компонент устьевого оборудования скважины выбран из группы, состоящей из устьевых соединительных муфт, отказоустойчивых клапанов, клиньев распределительной коробки, зажимных плашек отклонителя, комплекта баллонов гидроаккумулятора.
17. Способ по п.11, который дополнительно содержит определение оставшегося ожидаемого срока службы компонента устьевого оборудования скважины по относительному положению, регистрируемому устройством сбора данных за выбранный интервал времени.
18. Способ по п.11, который дополнительно содержит определение периодичности технического обслуживания компонента устьевого оборудования скважины по относительному положению, регистрируемому устройством сбора данных за выбранный интервал времени.
19. Способ мониторинга относительного положения плашек противовыбросового превентора, заключающийся в том, что измеряют относительное положение плашек противовыбросового превентора магнитострикционным датчиком;

передают сигналы от магнитострикционного датчика в устройство сбора данных и регистрируют измеренное относительное положение как функцию времени устройством сбора данных.
20. Способ по п.19, который дополнительно содержит обнаружение люфта плашки с относительным положением плашек, измеренным магнитострикционным датчиком.
21. Способ по п.20, который дополнительно содержит увеличение давления цилиндра в ответ на обнаруженный люфт плашки.
22. Способ по п.20, который дополнительно содержит определение оставшегося ожидаемого срока

- 8 014181 службы уплотнительных элементов плашек противовыбросового превентора по обнаруженному люфту.
23. Способ по п.19, в котором относительное положение плашек друг относительно друга регистрируют как зазор плашек.
24. Противовыбросовый превентор плашечного типа, содержащий корпус;

вертикальный проходной канал в корпусе;

горизонтальный канал, проходящий через корпус и пересекающий вертикальный проходной канал;

пару блоков плашек, расположенных в горизонтальном канале на противоположных сторонах корпуса, при этом блоки плашек выполнены с возможностью управляемого поперечного перемещения к вертикальному каналу и от него, при этом каждый блок плашек содержит гидравлический поршень, соединенный первым концом с блоком плашки и вторым концом с хвостовой частью поршня;

магнитострикционную волноводную трубу, проходящую в канал по меньшей мере одной хвостовой части поршня;

постоянный магнит, расположенный по меньшей мере на одной хвостовой части поршня; и магнитострикционную волноводную трубу, содержащую электрический провод для приема запрашивающего импульса от преобразователя, при этом запрашивающий импульс генерирует спиральный сигнал обратной связи в ответ на относительное положение постоянного магнита по отношению к волноводной трубе;

при этом преобразователь выполнен с возможностью приема спирального сигнала обратной связи и выдачи выходного сигнала положения блока плашки, соответствующего по меньшей мере одной хвостовой части поршня.
25. Противовыбросовый превентор по п.24, в котором магнитострикционная волноводная труба является продольно намагниченной.
26. Противовыбросовый превентор по п.24, в котором запрашивающий импульс генерирует тороидальное магнитное поле вокруг электропровода.
27. Противовыбросовый превентор по п.26, в котором спиральный сигнал обратной связи создается взаимодействием тороидального магнитного поля с продольной намагниченной областью волноводной трубы.
28. Способ определения относительного положения плашки, заключающийся в том, что устанавливают магнитострикционную волноводную трубу в канале хвостовой части поршня для контакта и возвратно-поступательного перемещения в ней;

намагничивают в продольном направлении участок волноводной трубы по меньшей мере одним постоянным магнитом, скрепленным с хвостовой частью поршня;

передают импульсы в электрический провод, размещенный внутри волноводной трубы, для создания тороидального магнитного поля, в котором вырабатывается сигнал обратной связи, когда выработанное тороидальное магнитное поле встречается с продольным намагниченным участком волноводной трубы;

определяют относительное положение плашки по сигналу обратной связи.
29. Способ по п.28, который дополнительно содержит измерение сигнала обратной связи в течение некоторого периода времени для определения вектора скорости плашки.
30. Способ по п.29, который дополнительно содержит определение скорости смыкания плашки.
31. Способ добавления контрольно-измерительных приборов в плашечный противовыбросовый превентор, заключающийся в том, что удаляют кожух головки цилиндра;

удаляют хвостовую часть поршня от гидравлического поршня плашки;

устанавливают сменную хвостовую часть поршня, которая содержит канал;

устанавливают сменный кожух головки цилиндра, причем сменная головка цилиндра содержит порт контрольно-измерительных приборов;

прикрепляют магнитный узел к хвостовой части поршня и располагают магнитострикционный датчик сменного кожуха головки цилиндра, так чтобы магнитострикционный датчик входил и выходил из канала хвостовой части поршня при возвратнопоступательном перемещении гидравлического поршня плашки.
32. Способ по п.31, который дополнительно содержит калибровку магнитострикционного датчика для указания полностью открытого положения плашки и полностью закрытого положения плашки.
33. Способ по п.31, который дополнительно содержит функциональное соединение магнитострикционного датчика с цифровой системой управления и определение положения плашки с помощью магнитострикционного датчика.
34. Способ по п.33, который дополнительно содержит отображение положения плашки на основе электронного сигнала от магнитострикционного датчика.
35. Способ по п.33, который дополнительно содержит управление положением плашки на основе электронного сигнала от магнитострикционного датчика.