CN105917070A - 用于防喷器中的钻杆位置的确定的方法和系统 - Google Patents

Abstract

检测相对于BOP 116的钻杆214的位置的系统包含套管202，安置在钻杆214的部分的外表面的周围。系统还包含感测装置204，安置在套管202上并且布置为形成多个阵列220、224并且配置为生成位置信号。阵列周向地安置在套管202的周围并且沿着套管的长度彼此间隔。系统包含处理单元206，配置为计算钻杆214与每个感测装置204之间的距离。当钻杆214与至少一个感测装置204之间的距离不同于参考距离时，处理单元206生成第一告警。当钻杆214与感测装置的至少一个阵列的每个感测装置204之间的距离不同于参考距离时，处理单元生成第二告警。

Description

用于防喷器中的钻杆位置的确定的方法和系统

背景技术

本发明的实施例通常涉及防喷器，并且更特别地，涉及监测防喷器中的钻杆的位置的方法和系统。

石油和天然气领域操作典型地涉及钻探并且操作井来定位并且取到碳氢化合物。钻塔位于相对深水中的井场。在这些井部署工具（例如，钻探工具、管道和钻杆）来勘探淹没的储藏库。重要的是防止从井到环境中的流体的溢出和泄漏。

虽然井作业者通常尽他们最大努力来防止溢出或泄漏，但是在钻探期间的高压储藏库和地层的渗透可以导致井眼自身中的忽然压力增加（“涌出”）。显著地强压涌出可以导致来自井眼的钻杆、套管、钻探泥浆、和碳氢化合物的“井喷”，这可以导致井的故障。

防喷器（“BOP”）通常用在石油和天然气井的钻探和完成中，来保护钻探和操作人员、以及井场和其设备免受井喷的影响。在一般意义中，防喷器是遥控的阀或一组阀，在井压力中的预料不到的增加的情况下可以关闭井眼。现代的防喷器典型地包含布置在围绕钻柱的“组”中的若干阀。给定组内的阀典型地在它们的操作方式方面和在它们的压力等级方面彼此不同，因此提供不同的井控制程度。许多BOP包含“全封剪切闸板（blind shearram）”类型的阀，其可以用来切断并且卷曲钻杆，作为避免井喷的最终紧急保护（如果组中的其它阀不能控制井压力）。

在现代的深钻探井中，特别是在离岸产业中，涉及传统的防喷器的控制系统已经变得非常复杂。如在本领域中已知的，防喷器中的各个闸板可以是液压和电力控制的。此外，如果内部电的和液压的控制系统变得不可操作，则一些现代的防喷器可以由遥控的工具（ROV）驱动。典型地，提供现代的防喷器中的控制系统的一定程度的冗余。

在井喷期间，当启用BOP的阀时，期望剪切闸板来切断钻杆以防止井喷影响钻探设备上游。放置剪切闸板使得当驱动BOP的阀时从多于一个侧来切断钻杆。虽然BOP是防止井喷的有效方法，但是闸板有时可以由于若干原因（包含BOP内部的钻杆的横向移动、和接近剪切闸板的钻杆接头的存在）而无法切断钻杆。

考虑到当今钻探操作中的BOP的重要性（尤其是在深海环境中），对于井作业者重要的是有信心所部署的BOP是功能性的和可操作的。另外，对于井作业者也合意的是知道相对于BOP的钻杆的位置。此外，作业者也将会发现确定BOP中的钻杆的移动特性是有用的。

因此，井作业者将定期地功能性测试BOP，这样的测试包含每个阀的周期性功能性测试来检测BOP中的工具接头的存在、每个阀的周期性压力测试来确保阀在指定压力密封、由ROV进行的阀的周期性驱动以及类似的。管理机构还可要求这样的测试。当然，这样的周期性测试消耗人员和设备资源，并且可以要求钻探操作的关闭。

除这些周期性测试以外，基于由位于BOP中感测系统（以及间接地从井下压力测量以及类似的）产生的感测信号，在钻探期间可以监测现代BOP的功能性和健康。然而，在传统的防喷器控制系统中，这些各种输入和测量随着时间生成大量数据。考虑到大量的数据、部署防喷器的艰苦井下环境、以及执行防喷器部件的维护和替换所要求的资源和停工期中的巨大成本，现场外的专业人员（例如，海底工程师）承担确定BOP功能性状态的责任。此分析通常是耗时的并且经常涉及分析员的主观判断。在井场的钻探人员经常不能够轻易确定防喷器的操作状态或“健康”，更不用提以及时和可理解的方式。

此外，感测系统对钻杆中的外来材料的存在敏感并且可产生导致假正的错误结果。外来材料的示例包含但不限于由于钻探和切割导致的碎片、或水、或天然气气泡以及类似的。另外，环境状况中的改变也可导致传感器偏移。传感器偏移可导致感测系统的输出中的改变，因此导致BOP中的钻杆的位置的确定中的错误。

由于允许BOP的高效操作所要求的校正动作取决于相对于BOP的钻杆位置的确定，因此对于感测系统重要的是产生准确的结果。因此，需要方法和系统来帮助BOP中的钻杆位置的确定而考虑（factoring）钻杆的移动以及BOP中的钻杆接头的存在。

发明内容

提供系统来检测相对于防喷器（BOP）的钻杆的位置。系统包含套管，配置为安置在钻杆的部分的外表面的周围。套管的长度大于或等于该钻杆的该部分的长度。另外，系统包含多个感测装置，配置为生成多个位置信号。多个感测装置布置为形成感测装置的多个阵列。多个阵列的每个周向地安置在套管的周围并且沿着套管的长度而彼此间隔。此外，系统包含处理单元，配置为基于多个位置信号来计算钻杆与多个感测装置的每个之间的距离。处理单元还配置为当从至少一个感测装置确定的钻杆的距离不同于钻杆与感测装置之间的参考距离时，生成第一告警。当钻杆与感测装置的至少一个阵列的每个感测装置之间的距离不同于钻杆与感测装置之间的参考距离时，处理单元生成第二告警。

提供方法用于监测相对于防喷器（BOP）的钻杆的位置。方法包含从多个感测装置接收多个位置信号。感测装置安置在套管上来沿着套管的长度形成感测装置的多个阵列。另一方面，套管安置在钻杆的部分的外表面上。另外，方法包含计算多个感测装置与该钻杆的该部分之间的参考距离。此外，方法包含比较每个感测装置与钻杆之间的距离与参考距离。方法也包含当参考距离大于至少一个感测装置与钻杆之间的距离或至少一个阵列的感测装置与钻杆之间的平均距离中的至少一个时，生成多个告警中的至少一个。

附图说明

本公开的其它特征和优势将从优选实施例的以下更详细描述结合附图（以示例的方式，图示本公开的某些方面的原理）而是明显的。

图1图示包含防喷器的典型的石油和天然气勘探系统；

图2图示根据本发明的实施例的用于相对于石油和天然气勘探系统中的BOP组的钻杆的位置的确定的系统；

图3图示根据本发明的一个实施例的用于防喷器中的钻杆的位置的确定的系统；

图4图示根据本发明的另一实施例的用于防喷器中的钻杆的位置的确定的系统；以及

图5图示根据本发明的一个实施例的用于防喷器中的钻杆的位置的确定的方法的流程图。

具体实施方式

以下将详细作出对本发明的示范性实施例的参考，在附图中图示本发明的示范性实施例的示例。在任何可能的情况下，在通篇附图中使用的相同参考标号指代相同或相似的部分。

本发明的实施例提供系统和方法用于防喷器（BOP）中的钻杆的位置的确定。在石油和天然气勘探系统中，安装钻机来钻过海面并且提取存储在海底中的石油。钻探过程涉及安置多个钻杆部分来形成钻杆长度，其可以延展几千米而连同钻头钻过海底。钻杆安装在钻机中来泵出在钻探期间发现的石油和天然气。也利用另外钻杆来携带由钻头切割的废料并且将它退回到海底中。在这些钻杆周围安装BOP来防止由钻探期间的涌出和井喷导致的存在在海底上的设备的损害。根据许多实施例，BOP包含可以是电力和/或液压驱动的剪切闸板。闸板配置为当发生井喷时切断钻杆。然而，在某些情况下，剪切闸板可撞到钻杆接头，它具有比剩余钻杆的直径更大的直径，并且在涌出的情况下可能不能够切断钻杆接头。另外，当流过钻杆的流体的特性改变时，装有传感器来确定相对于剪切闸板的钻杆的位置的BOP可产生错误响应。虽然后续段落描述关于剪切闸板的方法和系统，但是本实施例可适用于包含全封闸板（blind ram）、钻杆闸板、环行闸板以及类似的的BOP可以是明显的。

如在后续段落中描述的，本发明的实施例提供方法和系统来检测相对于BOP的钻杆的位置而消除可由于流体的存在而导致的错误响应。另外，用于钻杆的位置的确定的系统的实施例也检测BOP中的钻杆接头的存在。因此，本系统包含套管，配置为周向地安置在被监测的钻杆的部分的外表面的周围。套管的长度选择为长于该钻杆的感兴趣的该部分的长度。系统还包含多个感测装置。多个感测装置布置为形成感测装置的多个阵列。阵列周向地布置在套管上并且沿着套管的长度而放置。作出布置使得多个感测装置覆盖被监测的该钻杆的该部分的长度并且也在多个位置覆盖该钻杆的该部分的周围。感测装置配置为生成位置信号，它确定相对于每个感测装置的钻杆的位置。由感测装置生成的位置信号被传输到处理单元。处理单元配置为比较该钻杆的该部分相对于多个感测装置中的每个的距离。另外，处理单元配置为当该钻杆的感兴趣的该部分与多个阵列的任何中的至少一个感测装置之间的距离不同于参考距离时生成第一告警。此外，处理单元配置为当该钻杆的感兴趣的该部分与至少一个阵列内的每个感测装置之间的距离不同于参考距离时生成第二告警。参考距离是该钻杆的感兴趣的该部分与感测装置之间的期望距离。期望距离是当钻杆平行于BOP组时并且当感兴趣的该部分不包含钻杆接头时，该钻杆的感兴趣的该部分与感测装置之间的距离。

如在图1中图示的，传统的离岸石油和天然气安装100包含平台102（或任何其它类型的在水面的船舶），经由立管/钻杆104连接到海底108上的井口106。要注意，在图1中示出的元件不是按比例绘制的并且不应该从在图1中图示的相对大小和距离推导尺寸。

如在横截面图中示出的，在钻杆104内部，有钻柱110，钻头（未示出）在钻柱110的末端转动来将海底井扩展到海底108以下的层。泥浆从钻探平台102上的泥浆罐（未示出）通过钻柱110流通到钻头，并且通过钻柱110与钻杆104的保护套管114之间的环形空间112返回到钻探平台102。泥浆维持静压来计数平衡从井流出的流体的压力并且冷却钻头，同时也通过环形空间112将压碎或切碎的岩石带到表面。在表面，过滤从井返回的泥浆来移除岩石和碎片并且再循环。

在钻探期间，在高压的天然气、石油或其它井流体可从钻探的地层喷到钻杆104中并且可发生在不可预料的时刻。为了保护可能被损害的井和/或设备，防喷器（BOP）组116位于接近海底108。根据具体离岸钻塔的要求，BOP组还可位于沿着钻杆104的不同位置。BOP组可包含较底部BOP组118（连接到井口106）以及较底部海底取油管总成（“LMRP”）120（连接到钻杆104的末端）。在钻探期间，较底部BOP组118与LMRP 120连接。

位于较底部BOP组118中或LMRP 120中的多个防喷器（BOP）122在正常操作期间处于打开状态，但是当发生“涌出”时可关闭（即，切换到关闭状态）来阻断流过钻杆104的流体。电缆和/或液压线路124将控制信号从钻探平台102传输到控制器126，控制器126可位于BOP组116上。控制器126和BOP组116还可位于相对于彼此的远程位置。另外，控制器126和BOP组116可由有线以及无线网络耦合，网络辅助它们之间的数据的传递。根据经由电缆和/或液压线路124从平台102接收到的信号，控制器126控制BOP 122处于打开状态中或关闭状态中。控制器126也获得关于BOP 122的当前状态（打开或关闭）的信息并且将它发送到平台102。

图2图示根据本发明的实施例的用于相对于石油和天然气勘探系统中的BOP组的钻杆的位置的确定的系统200。石油和天然气勘探系统包含系统200、钻杆214、BOP组212、控制器216、和液压/电线路218（其将平台102耦合到BOP组212的控制器216）。根据某些实施例，系统200还包含套管202、多个感测装置204、和处理单元206。套管202配置为安置在需要被监测的钻杆214的部分的周围。根据一个实施例，被监测的钻杆214的部分可以是存在于BOP组212中的钻杆214的部分。当钻杆214固定时，套管202可安置在该钻杆214的感兴趣的该部分的周围。另外，当钻杆214运动时，套管202可安置在面对钻杆214的BOP组212的壁上。换句话说，套管202可安置在BOP组212中使得套管202覆盖存在于BOP组212中的该钻杆214的该部分。在一些其它实施例中，套管202可安置在例如保护套管114的固定保护套管（由BOP组212覆盖）的区域上。根据某些实施例，套管202可具有可调整的长度并且可基于被监测的该钻杆214的该部分的长度来选择套管202的长度。选择套管202的长度使得它大于或等于被监测的该钻杆的该部分的长度。此外，当套管202位于BOP组212中时，套管202的长度可大于或等于BOP组212的长度。根据某些实施例，套管202是由柔韧材料制成的薄片。柔韧材料的示例包含但不限于弹力材料、橡胶、织物、或任何其它合适的柔韧材料。粘性材料可安置在薄片的两端使得当薄片的两端接合时，它们形成利用为套管202的空心圆柱形结构。根据某些其它实施例，套管202可由刚性材料制成。套管202可以是由刚性材料制成的空心圆柱，它可位于沿钻杆214的外表面或BOP组214的内表面。

感测装置204配置为生成多个位置信号。感测装置204可包含传感器，配置为生成入射在钻杆214上的信号。暴露于来自感测装置204的入射信号的钻杆214的部分使信号折射和/或反射。由钻杆214的感兴趣的部分引起的改变被称作感兴趣的部分对信号的响应。位置信号包含该钻杆的该部分对入射信号的响应。感测装置204的示例可包含但不限于超声感测装置、射频识别传送器、和令牌对以及类似的。感测装置204可以是单向以及双向的。双向感测装置204配置为生成入射在钻杆214上的信号并且还从钻杆214的感兴趣的部分接收响应。另外，感测装置204沿着套管202的长度而安置在套管202上，所述套管202平行于钻杆214的移动的方向（从平台102到海底108）。分组感测装置204来形成感测装置的多个阵列。感测装置204的阵列的一个示例在图2中被图示为参考标号220。感测装置的每个阵列包含彼此邻近放置的多个感测装置204来形成一系列感测装置204。感测装置的阵列沿着套管202的长度放置。根据一个实施例，当套管202连同感测装置204安置在钻杆214的该部分的外表面上时，感测装置的阵列中的每个感测装置204配置为监测沿着钻杆214的该部分的长度的相同部分。例如，阵列220中的感测装置204配置为监测存在于BOP组212中的钻杆214的片段的部分222。该部分222垂直于钻杆214的长度。由多个感测装置204产生的信号入射在被监测的钻杆214的该部分上。感测装置204还配置为接收该钻杆214的感兴趣的该部分对传输的信号的响应（位置信号）。位置信号被传输到处理单元206。

在某些实施例中，处理单元206可包括一个或多个中央处理单元（CPU）（例如，微处理器），或可包括任何合适数量的专用集成电路（协作工作以实现CPU的功能）。处理器206可包含存储器。存储器可以是电子、磁性、光学、电磁、或红外系统、器件、或装置。例如，存储器的常见形式包含硬盘、磁带、随机存取存储器（RAM）、可编程只读存储器（PROM）、和EEPROM、或光学存储装置（例如，可重写CDROM或DVD）。处理单元206能够执行与BOP中的钻杆的位置的确定有关的程序指令，并且响应于那些指令或可在确定钻杆的位置期间或之后出现的其它活动而起作用。这样的程序指令将包括可执行指令的列表用于实现逻辑功能。列表可以体现在任何计算机可读介质中，用于由或结合可以获取、处理、并且执行指令的基于计算机的系统来使用。备选地，一些或所有处理可以由附加的处理单元206而远程执行。

处理单元206配置为计算每个感测装置204与被监测的钻杆214的部分之间的距离。感测装置204与钻杆214的感兴趣的部分之间的距离是通过多个位置信号来计算。另外，处理单元206配置为比较每个感测装置204与被监测的钻杆214的部分之间的距离。基于感测装置204与被监测的该钻杆214的该部分之间的距离的比较，处理单元206配置为生成多个告警。多个告警包含第一告警，当至少一个感测装置204与钻杆214之间确定的距离不同于钻杆214与感测装置204之间的参考或期望距离时，生成第一告警。告警也包含第二告警，当钻杆214与感测装置的至少一个阵列内的每个感测装置204之间的距离不同于钻杆214与感测装置204之间的参考距离时，生成第二告警。

用来生成第一和第二告警的感测装置204与钻杆214的感兴趣的部分之间的参考或期望距离可通过各种渠道被提供到处理单元206。这些渠道包含但不限于来自作业者的输入、从参考钻杆确定的预定距离、和由处理单元206的动态确定。由处理单元206的参考或期望距离的动态确定包含选择钻杆214与感测装置204中的一个之间的实际距离作为期望距离。为选择实际距离中的一个作为期望距离，处理单元206可配置为从多个阵列中选择第一组传感器阵列。第一组传感器阵列包含钻杆214与那些阵列内的每个感测装置204之间的距离是相等的的那些传感器阵列。例如，在动态确定期间，处理单元206可配置为选择传感器阵列220作为第一组阵列中的一个。传感器阵列220是这样的以致于钻杆214与传感器阵列220的每个感测装置204之间的距离相等。另外，如果阵列224的每个感测装置204与钻杆214之间的距离相等，则处理单元206还可选择传感器阵列224作为第一组传感器阵列中的一个。此外，处理单元206比较由来自第一组阵列的每个阵列观察的平均距离。例如，由阵列220观察的平均距离与由第一组传感器阵列中的阵列224观察的平均距离比较。处理单元206还配置为选择来自第一组传感器阵列的平均距离之间的最大值的平均距离作为参考或期望距离。例如，当阵列220的平均距离大于或等于由第一组阵列中的另一阵列224观察的平均距离时，由阵列220观察的平均距离可被选择为期望距离。因此，当放置阵列220来检测具有与剩余钻杆214的直径相比较的最小直径的钻杆214的部分时，处理单元206配置为选择阵列220与钻杆214之间的距离作为期望距离。例如，可安置阵列220使得它被放置邻近不包含钻杆接头的钻杆的部分。然而，可安置阵列224使得它邻近钻杆214的钻杆接头。在这样的场景中，在期望距离的动态确定中，处理单元206配置为选择阵列220与钻杆214之间的距离作为期望距离。

根据一个实施例，第一和第二告警可代表与钻杆214关联的至少一个状况。第一告警（当阵列中的一个感测装置204显示不同于那个特定阵列的其它感测装置204的测量时生成第一告警）指示钻杆214可显示了横向移动。换句话说，当钻杆214显示从保护套管114和/或套管202的中心朝着保护套管114和/或套管202的壁中的一个移动时，可生成第一告警。当生成第一告警时，处理单元206比较每个感测装置204与钻杆214之间的距离与期望距离。对于特定传感器阵列，当处理单元206确定那个阵列的任何一个感测装置204与钻杆214之间的距离小于那个阵列的剩余感测装置204与钻杆214之间的距离或期望距离时，它生成第一告警。第二告警指示在系统200的感测装置204的操作范围中的钻杆接头的存在。放置感测装置200的阵列使得两个感测阵列之间的距离大于钻杆接头的长度。为生成第二告警，处理单元206比较每个阵列与钻杆214之间的平均距离与期望距离。如果处理单元206确定每个阵列与钻杆214之间的平均距离等于期望距离，则推断感测装置204不在任何钻杆接头的附近。另外，如果处理单元206确定每个阵列的平均距离与期望距离之间的差别在指定范围内，则推断感测装置204不在任何钻杆接头的附近。此外，如果处理单元206确定每个阵列的平均距离与期望距离之间的差别大于指定范围，则推断至少一个阵列在钻杆接头的附近。处理单元206推断平均距离在所有阵列的平均距离间是最小的的阵列在钻杆接头的附近。因此，处理单元206生成第二告警，指示来自系统200的特定阵列在钻杆接头的附近。期望距离与平均距离之间的差别的指定范围被选择为小于钻杆214的正常部分的直径与钻杆接头的直径之间的差别。

处理单元206还通信地耦合于控制器216。基于由处理单元206生成的告警，控制器216可配置为基于相对于BOP组212的钻杆的位置而采取校正动作。另外，处理单元206和/或控制器216可通过液压/电线路218将告警传递到平台102。当相对于BOP组212的钻杆214的位置不如所希望的时，可从平台102开始校正动作。例如，当生成第一告警时，平台102可使钻杆214以正交于平台102的方向移动。另外，当生成第二告警时，平台102还可使钻杆214另外以朝着海底的方向移动。控制器216还可配置为当生成第一或第二告警时，修改BOP闸板的驱动，由此避免闸板尝试在钻杆接头位置切断钻杆214。

系统还包含耦合到处理单元206的数据仓库208。数据仓库208配置为存储在钻杆与感测装置204之间计算的在先钻杆距离。另外，数据仓库208也配置为存储钻杆214与感测装置204之间的期望距离。处理单元206还可配置为用补偿因素来调整在每个感测装置204与钻杆214之间确定的距离。补偿因素可取决于存在于钻杆214与套管202之间的空间之间的流体的特性、或钻杆214与套管202之间的空间中的外来材料的存在。补偿因素帮助消除或减少可由处理单元206生成的假告警，所述假警告是由于钻杆214中的流体特性中的改变（相对比于钻杆214相对于感测装置204的距离与期望距离之间的比较）。处理单元206比较每个感测装置204与钻杆202之间的距离与感测装置214与钻杆202之间的期望距离。每个感测装置204与钻杆214与期望距离之间的差别被考虑为偏置或增益因素。偏置或增益因素被传递到校准单元210。校准单元210用每个感测装置204的适当补偿因素来调整每个感测装置204的后续测量。为测量中的补偿需求，比较感测装置204的后续测量与期望距离。

结合图3和图4来解释基于不同类型的感测装置204的BOP组212中的钻杆214的位置的确定的系统的示范性配置。

图3图示相对于BOP组212的钻杆214的位置的确定的系统的一示范性实施例300。系统300包含套管302、多个感测装置304、和处理单元306。如结合图2描述的套管302可由柔韧材料或由刚性材料制成并且配置为安置在被监测的钻杆214的部分的外表面的周围。在某些实施例中，套管302安置在BOP组212的内表面的周围使得可以监测存在于BOP组212中的钻杆214的部分（当钻杆214正在移动时）。在图示的实施例中，正被监测的钻杆214的部分存在于BOP组212中。

另外，在所图示的实施例中，感测装置304安置在套管302上。感测装置304布置在套管302上来形成感测装置308、310、和312的多个阵列。感测装置308、310、和312的每个阵列包含位于正交于钻杆214的长度的平面中的一个或多个感测装置304。在一个实施例中，套管302围绕在钻杆214的感兴趣的部分周围。套管302在两端被密封以定义安置在钻杆214周围的圆柱形结构。在另一实施例中，套管302提供开口来允许由套管302的壁来围绕钻杆214。当套管302围绕钻杆214时，每个阵列308、310、和312以周向方式包含钻杆的部分。另外，阵列308、310、312沿着套管302的长度彼此分隔，所述套管302平行于钻杆214的移动方向（从平台102到海底108）。在操作期间，当套管302安置在钻杆214上时，感测装置304的阵列308、310、和312覆盖被监测的钻杆214的部分的长度以及钻杆214的感兴趣的部分的周围。感测装置304配置为确定感测装置304与钻杆214之间的距离。根据某些实施例，感测装置304可以是单向或双向超声感测装置。

当被提供以激励信号时，感测装置304配置为传输入射在钻杆214上的信号。信号从钻杆214的表面折射和/或反射。由感测装置304捕获对由感测装置304传输的信号的钻杆214的此信号响应（也被称为位置信号）。位置信号被传输到处理单元306，处理单元306配置为确定钻杆214与每个感测装置304之间的距离。

处理单元306确定钻杆与每个感测装置304之间的距离，例如，通过由相应感测装置304收集来自钻杆表面的输入信号的反射所花费的时间来确定。处理单元306还配置为基于钻杆214与每个感测装置304之间的距离的分析来生成多个告警。在操作中，处理单元306比较每个感测装置304与钻杆214之间的距离与参考或期望距离来生成多个告警。具体地，当至少一个感测装置304与钻杆之间的距离不同于参考距离时，处理单元306生成第一告警。另一方面，当钻杆与至少一个阵列308、或310、或312的每个感测装置304之间的距离不同于参考距离时，生成第二告警。

在一个实施例中，处理单元306通过用户接口从作业者接收参考距离。另外，参考距离还可从参考钻杆来确定并且提供给处理单元306。此外，处理单元306还可从在感测装置304与钻杆214之间确定的当前距离来动态地确定参考距离。在动态确定中，处理单元306选择感测装置304与钻杆214之间的实际距离中的一个。为选择实际距离中的一个作为期望距离，处理单元306从多个阵列308、310、和312确定第一组阵列。第一组阵列包含钻杆214与那个特定阵列的每个感测装置304之间的距离相等的阵列。例如，当阵列308的每个感测装置304与钻杆214之间的距离相等并且阵列310的感测装置304与钻杆214之间的距离相等时，第一组阵列可包含传感器阵列308和310。另外，处理单元306比较由来自第一组阵列的每个阵列观察的平均距离。例如，由阵列308观察的平均距离与由第一组阵列中的另一阵列310观察的平均距离比较。处理单元306还配置为从第一组阵列中选择大于剩余平均距离的平均距离作为参考或期望距离。例如，当阵列308的平均距离大于或等于由第一组阵列中的另一阵列310观察的平均距离时，由阵列308观察的平均距离可被选择为期望距离。因此，当放置阵列308来检测具有与剩余钻杆214的直径比较的最小直径的钻杆214的部分时，处理单元306配置为选择阵列308与钻杆214之间的距离作为期望距离。例如，可安置阵列308使得它被放置邻近不包含钻杆接头的钻杆的部分。然而，可安置阵列310使得它邻近钻杆214的钻杆接头。在这样的场景中，在期望距离的动态确定中，处理单元306配置为选择阵列308与钻杆214之间的距离作为期望距离。

图4图示用于BOP中的钻杆的位置的确定的系统的另一示范性实施例400。系统包含套管402、多个感测装置404、处理单元406、和识别令牌408。感测装置404安置在套管402上来定义感测装置404的多个阵列410、412、和414。套管402安置在被监测的钻杆214的部分的外表面上。识别令牌408位于被监测的钻杆的部分上的预定位置。识别令牌408可以是主动令牌以及被动令牌。

根据一个实施例，每个感测装置404包含配置为将询问信号传输到被监测的钻杆214的部分的收发器。在一个实施例中，询问信号可以是入射在被监测的钻杆214上的射频（RF）信号。位于被监测的钻杆214上的预定位置的识别令牌408接收传输的询问信号并且生成对传输的信号的响应。响应（称为位置信号）被传递到处理单元406。处理单元406配置为基于位置信号来确定钻杆与感测装置404之间的距离。根据一个实施例，处理单元406配置为使用由感测装置404接收的位置信号的强度来计算每个感测装置404与钻杆214之间的距离。处理单元406还可包含多个信号处理部件，配置为消除来自从感测装置404接收的位置信号的噪声。另外，处理单元406可配置为通过测量在每个感测装置404从令牌408接收位置信号所花费的时间来计算感测装置404与钻杆214之间的距离。

在识别令牌408是主动识别令牌的情况下，识别令牌408配置为将位置信号周期性地传输到感测装置404。处理单元406配置为基于由每个感测装置404接收的位置信号的强度来确定感测装置404与钻杆214之间的距离。

在操作期间，每个感测装置404生成指向识别令牌408的信号并且从识别令牌408接收位置信号。处理单元406基于每个位置信号来计算钻杆214与感测装置404之间的距离。另外，处理单元406确定监测钻杆214的参考距离。参考距离从每个感测装置404与钻杆214之间的距离来计算。处理单元406还配置为基于感测装置404与钻杆214之间的距离与参考距离之间的比较来生成告警。

图5图示用于BOP组212中的钻杆214的位置的确定的方法的流程图。在502，方法包含从多个感测装置接收多个位置信号。生成多个位置信号作为对由多个感测装置中的每个生成的、入射在被监测的钻杆上的输入信号的响应。感测装置安置在套管上，所述套管安置在被监测的钻杆的外表面上。感测装置布置在套管上来定义感测装置的多个阵列。布置感测装置的阵列使得每个阵列周向地覆盖钻杆并且感测装置的阵列覆盖套管的长度。

另外，在504，计算感测装置与钻杆之间的参考距离。感测装置与钻杆之间的参考距离基于每个感测装置与钻杆之间的确定的距离来计算。确定的距离间的最大的距离可被选择为参考距离。另外，在506，方法包含比较每个感测装置相对于钻杆的距离与参考距离。在508，方法包含：当参考距离大于多个感测装置中的至少一个与钻杆之间的距离时或当参考距离大于感测装置的至少一个阵列的感测装置与钻杆之间的平均距离时，生成告警。

因此提供上述各个实施例以用于用于防喷器中的钻杆的位置的确定的方法和系统。用于确定的系统对于由BOP内的钻杆的横向和/或角度移动导致的位置中的改变生成告警。另外，当在BOP中存在在直径上大于剩余钻杆的钻杆的部分时，系统也生成告警。系统包含参考距离的动态确定，因此考虑由于外来材料的存在（可干扰来自钻杆的响应信号）的在每个感测装置中导致的偏置。另外，系统包含自校准机制，其允许系统对于钻杆的位置的确定（即使当BOP中的钻杆的整体直径改变时）是高效率的并且有用的。

要理解，以上描述旨在是说明性的并且不是限制性的。例如，可彼此组合使用上述的实施例（和/或其方面）。此外，可作出许多修改来将特定情况或材料适应于本发明的教导而不脱离其范围。虽然本文描述的材料的尺寸和类型旨在定义本发明的参数，但是它们绝不是限制性的，而是示范性实施例。在回顾以上描述后，许多其它实施例将对于本领域的普通技术人员是明显的。因此，应该参考所附的权利要求，连同这样的权利要求所赋权的等效的全部范围来确定本发明的范围。在所附的权利要求中，术语“包含”和“在…中”用作相应术语“包括”和“其中”的简明英语等效。此外，在所附的权利要求中，术语“第一”、“第二”等仅用作标签，并且并不旨在对它们的对象强加数字或位置要求。另外，所附的权利要求的限制不以部件加功能格式书写并且并不旨在基于35 U.S.C. §112，第六段来解释，除非并且直到这样的权利要求限制清楚地使用短语“用于…的部件”并且后面跟随没有另外的结构的功能陈述。

本书面描述使用示例来公开本发明的若干实施例（包含最佳模式），并且也使本领域的任何普通技术人员能实践发明的实施例，包含制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可专利范围是由权利要求限定，并且可包含本领域的普通技术人员所想到的其它示例。如果这样的其它示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或如果这样的其它示例包含具有与权利要求的字面语言没有实质差别的等效结构元件，则这样的其它示例旨在为权利要求的范围内。

如本文所使用的，以单数表述并且前缀有单词“一”或“一个”的元件或步骤应理解为不排除复数个所述元件或步骤，除非清楚地表述这样的排除。此外，对本发明的“一个实施例”的参考并不旨在解释为排除也并入所述特征的附加实施例的存在。此外，除非清楚地以相反方式表述，实施例“包括”、“包含”、或“具有”具有特定性质的元件或多个元件可包含不具有那个性质的附加的这样的元件。

由于可在上述的系统和方法中作出某些改变用于BOP中的钻杆的位置的确定而不脱离本文涉及的本发明的精神和范围，旨在以上描述或在附图中示出的所有主题应该解释为只是示例，其图示本文的发明性概念，并且不应视为限制本发明。

Claims (19)

1.一种系统，用于检测相对于防喷器（BOP）的钻杆的位置，包括：

套管，配置为安置在所述钻杆的部分的外表面的周围，其中所述套管的长度大于或等于所述钻杆的所述部分的长度；

多个感测装置，配置为生成多个位置信号，其中所述多个感测装置布置为形成感测装置的多个阵列并且其中所述多个阵列中的每个周向地安置在所述套管的周围并且沿着所述套管的所述长度而彼此间隔；以及

处理单元，配置为：

基于所述多个位置信号来计算所述钻杆与所述多个感测装置中的每个之间的距离；

当从至少一个感测装置确定的所述钻杆的距离不同于所述钻杆与所述感测装置之间的参考距离时，生成第一告警；以及

当所述钻杆与感测装置的至少一个阵列的每个感测装置之间的距离不同于所述钻杆与感测装置之间的所述参考距离时，生成第二告警。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述钻杆与感测装置之间的所述参考距离包括所述钻杆与所述多个感测装置中的至少一个感测装置之间的距离。

3. 如权利要求2所述的系统，其中所述处理单元还配置为：

比较第一组阵列中的每个与所述钻杆之间的平均距离，其中所述第一组阵列中的每个阵列中的每个感测装置与所述钻杆之间的距离等于所述相应阵列的剩余感测装置与所述钻杆之间的距离；以及

选择大于剩余平均距离的平均距离作为所述参考距离。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述钻杆与感测装置之间的所述参考距离包括参考钻杆与所述感测装置之间的预定距离。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述钻杆与感测装置之间的所述参考距离包括由作业者提供的距离。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述多个感测装置包括超声感测装置。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述多个位置信号包括所述钻杆对由所述多个感测装置传输的入射超声信号的响应，并且其中所述钻杆的距离是从由所述感测装置收集所述钻杆对所述入射超声信号的所述响应所花费的时间来确定。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述多个感测装置中的每个包括射频传送器，其中所述射频传送器配置为生成询问信号。

9.如权利要求8所述的系统，还包括射频识别令牌，所述射频识别令牌位于所述钻杆上的预定义位置。

10.如权利要求9所述的系统，其中所述多个位置信号包括所述射频识别令牌对由所述射频传送器传输的所述询问信号的响应，并且其中所述钻杆的距离是从所述射频识别令牌对所述询问信号的所述响应的强度来确定。

11.如权利要求1所述的系统，还包括数据仓库，所述数据仓库配置为存储相对于所述感测装置的在先钻杆距离信息。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述处理单元配置为比较从所述多个位置确定的所述钻杆相对于所述多个感测装置的距离与所述在先钻杆距离信息。

13.如权利要求12所述的系统，还包括校准单元，所述校准单元配置为当所述在先钻杆距离与从所述多个位置信号确定的所述钻杆相对于每个感测装置的距离之间的差别相同时，校准所述多个感测装置。

14.一种方法，用于监测相对于防喷器（BOP）的钻杆的位置，包括：

从多个感测装置接收多个位置信号，其中所述多个感测装置安置在套管上来沿着所述套管的长度形成感测装置的多个阵列，并且其中所述套管安置在所述钻杆的部分的外表面上；

计算所述多个感测装置与所述钻杆的所述部分之间的参考距离；

比较每个感测装置与所述钻杆之间的距离与所述参考距离；以及

当所述参考距离大于至少一个感测装置与所述钻杆之间的距离或至少一个阵列的感测装置与所述钻杆之间的平均距离中的至少一个时，生成多个告警中的至少一个。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述多个位置信号包含对由所述多个感测装置中的每个传输的超声信号的响应。

16.如权利要求14所述的方法，其中所述多个位置信号包含对由所述多个感测装置的每个传输的射频询问信号的响应。

17.如权利要求15所述的方法，其中比较所述多个位置信号包括比较从所述钻杆接收对由所述多个感测装置的每个传输的所述超声信号的所述响应所花费的时间。

18.如权利要求16所述的方法，其中比较所述多个位置信号包括比较对由所述多个感测装置的每个传输的所述射频询问信号的所述响应的强度。

19.如权利要求14所述的方法，还包括：当相对于所述BOP的所述钻杆的确定的位置不同于相对于所述BOP的所述钻杆的初始位置时，生成告警。