专利名称：防喷器监控系统及其使用方法
技术领域：
本发明大体上涉及用于进行井场作业的技术。更确切地说，本发明涉及用于监控例如包括确定闸板块位置的防喷器(BOP)操作的技术。
背景技术：
通常进行油田作业以定位和收集有价值的井下流体。石油钻塔定位于井场，比如钻具之类的井下工具布置进入地面，以到达地下储层。当井下工具形成井眼，以到达期望的储层时，套管便在井眼中粘结到位，井眼完成以开始从储层开采流体。管道或管子通常定位在井眼中，以获得地下流体到地面的通道。如果地下流体从井眼释放时泄漏，那么会造成重大的环境威胁。比如防喷器(BOP)的器材通常定位在井眼附近，以在井眼中的管子周围形成密封，以便当流体被带到地面时，防止流体泄漏。在一些情况下，防喷器采用密封井眼的闸板(ram)和/或闸板块(ram block)。美国专利 / 申请 4647002、6173770、5025708、7051989、5575452、6374925、2008/0265188、5735502、5897094、7234530 和 2009/0056132 提供了 闸板防喷器和 / 或闸板块的一些例子。防喷器的闸板和/或闸板块的位置可通过可视地察看闸板块的尾轴而测量。可提供例如美国专利/ 申请 2008/0197306、4922423、5320325、5407172 和 7274989所述的闸板位置传感器。尽管关于防喷器和/或闸板块的技术得到发展，但是仍需要提供用于监控防喷器操作的先进技术。本发明旨在完成本领域的这些需求。
发明内容
至少一个方面，本发明涉及一种用于密封井眼的管道的防喷器。所述井眼穿透地下构造。所述防喷器具有壳体，所述壳体具有通过其中的、用于容纳管道的孔；至少一个闸板，可滑动地定位在壳体中(每个闸板具有用于密封地接合在管道周围的闸板块)；致动器，用于选择性地驱动闸板块(所述致动器具有可滑动地定位在气缸中的活塞)；以及监控器，用于检测在其中的活塞。所述监控器包括位于所述气缸外部上的视觉指示器。所述视觉指示器活动地联接(operatively coupled)到所述活塞，以用于当所述活塞在所述气缸内行进时显示所述活塞的位置，由此，可以确定所述闸板的位置。所述视觉指示器可具有活动地连接到所述活塞的电缆。所述电缆可经由滑轮活动地连接到标度盘，并当所述活塞在所述气缸内移动时旋转。所述视觉指示器还可具有用于将所述滑轮活动地联接至标度盘的至少一个齿轮。所述视觉指示器可具有用于将标度盘联接至滑轮的磁性联接器。所述视觉指示器可具有与气缸结合为一体的壳体。所述视觉指示器还可具有定位在标志杆上的多个标志。当所述活塞邻近多个标志通过时，所述多个标志可选择地竖立。所述视觉指示器可具有磁体，该磁体响应邻近经过的活塞上的磁体而可滑动地定位在引导件上。所述视觉指示器具有透明罩，该透明罩具有对邻近经过的活塞上的磁体做出响应而可移动地定位在其中的多个金属锉屑。所述视觉指示器可具有透明罩，该透明罩可具有对邻近经过的活塞上的磁体做出响应而可移动地定位在其中的磁性指示器。所述防喷器还可具有用于检测视觉指示器的视觉指示器传感器。所述防喷器还可具有用于检测活塞的位置的电子指示器。所述电子指示器可具有磁体和至少一个霍尔效应传感器，该磁体对邻近经过的活塞上的磁体做出响应而可滑动地定位在引导件上，该霍尔效应传感器用于检测引导件上的磁体的位置。所述电子指示器可以是感应电阻传感器，其包括布置在气缸周围的线圈。所述电子指示器可具有位于气缸顶端的顶端超声波传感器和位于气缸底端的底端超声波传感器，以当活塞邻近时检测活塞。所述电子指示器可具有超声波限位传感器。所述电子指示器可以是激光传感器。所述电子指示器可具有电容式位移传感器。所述电子指示器可以是声纳传感器，以发射声纳波并感测由活塞反弹的波。所述电子指示器可具有至少一个近距离传感器(proximity sensor) 0所述电子传感器可具有流量传感器，以当活塞通过其中时，检测流过气缸室的流体流量。另一个方面，本发明涉及一种用于密封井眼的管道的系统。所述系统具有防喷器和用于检查视觉指示器的检查员。所述防喷器具有壳体，所述壳体具有通过其中、用于容纳管道的孔；至少一个闸板，可滑动地定位在壳体中(每个所述闸板具有闸板块，以密封地接合在管道周围)；致动器，用于选择性地驱动所述闸板块(所述致动器具有可滑动地定位在气缸中的活塞)；以及监控器，用于检测在其中的活塞。所述监控器包括位于气缸外部上的视觉指示器。所述视觉指示器活动地联接至活塞，以当活塞在气缸内行进时显示活塞的位置，由此可以确定闸板的位置。所述防喷器具有壳体，所述壳体具有通过其中、用于容纳管道的孔；至少一个闸板，可滑动地定位在壳体中(每个所述闸板具有闸板块，以密封地接合在管道周围)；致动器，用于选择性地驱动所述闸板块(所述致动器具有可滑动地定位在气缸中的活塞)；以及监控器，用于检测在其中的活塞。所述监控器包括位于所述气缸外部上的视觉指示器。所述视觉指示器活动地联接至活塞，以当活塞在气缸内行进时显示活塞的位置，由此可以确定闸板的位置。所述检查员可以是人或遥控潜水器(ROV)。所述系统还可具有接收来自监控器的数据的地面单元、检测活塞的位置的电子指示器、与电子指示器传递信号的接收器和/或检测井场参数的至少一个传感器。又一个方面，本发明涉及一种监控防喷器的方法。所述方法包括将防喷器定位在管道周围；当活塞邻近经过时，启动监控器的视觉指示器的至少一个；以及检查视觉指示器。所述防喷器具有壳体，所述壳体具有通过其中、用于容纳管道的孔；至少一个闸板，可滑动地定位在壳体中(每个所述闸板具有闸板块，以密封地接合在管道周围)；致动器，用于选择性地驱动所述闸板块(所述致动器具有可滑动地定位在气缸中的活塞)；以及监控器，用于检测在其中的活塞。所述监控器包括位于气缸外部上的视觉指示器。所述视觉指示器活动地联接至活塞，以当活塞在气缸内行进时显示活塞的位置，由此可以确定闸板的位置。所述方法还可包括通过电子指示器感测活塞的位置；人工观察视觉指示器；感测用于启动的视觉指示器和/或将来自监控器的数据传送给地面单元。最后，另一个方面，本发明涉及一种用于密封井眼的管道的防喷器。所述防喷器包括壳体，所述壳体具有通过其中、用于容纳管道的孔；至少一个闸板，可滑动地定位在壳体中(所述至少一个闸板中的每个具有闸板块，以密封地接合在管道周围)；致动器，用于选择性地驱动所述闸板块(所述致动器包括可滑动地定位在气缸中的活塞)；以及监控器，用于检测活塞。所述监控器包括在其中具有电缆的壳体。所述电缆可活动地连接至活塞，并可随着活塞移动，以启动位于壳体外部上的视觉指示器，由此显示闸板的位置。所述监控器还可具有活动地连接的传感器，以检测电缆和/或通信链路的移动，以便将来自传感器的数据传送给地面单元。所述视觉指示器可具有通过电缆可旋转地移动的标度盘。所述监控器在壳体内部还可具有用于将电缆联接至标度盘的磁性联接器。所述监控器还可具有用于将电缆活动地联接至标度盘的至少一个齿轮。所述监控器还可具有至少一个滑轮。所述壳体可与气缸结合为一体。
参考本发明的在附图中所示的实施来更详细地说明上面简要概述的本发明，从而详细地理解本发明的上述特征和优点。然而，应当注意的是，附图仅示出本发明的示例实施例，因此，并不认为限制本发明的范围，因为本发明可包括其它同样有效的实施例。附图未必按比例绘制，并且为了清楚简明，附图的某些特征和某些视图显示成依比例示意性地扩大。图1示出具有用于密封管道的防喷器(BOP)的近海井场的示意图。图2示出图1的防喷器的示意性透视图。图3示出图2的具有一个或多个致动器的防喷器和防喷器监控系统的示意性侧视图。图4A-4N示出致动器的一部分和活动地连接到致动器的监控系统的不同变体的示意性截面图。图5A- 示出致动器和活动地连接到致动器的监控系统的其它变体的示意性截面图。图6示出监控防喷器的方法。
具体实施例方式以下说明包括示例性设备、方法、技术和体现本发明主题的技术的指令序列。然而，应理解的是，可在没有这些特定细节的情况下实施所述实施例。本发明涉及用于更有效地监控和/或测量防喷器(BOP)的操作的技术。该防喷器可具有监控器以检测例如防喷器的闸板的位置(或定位)。这些技术可用于比如当在海床上使用防喷器时，从地面提供对防喷器的监控，比如可视或电子监控。这样的监控技术涉及下列各项中的一个或多个，其中确定防喷器功能、确定闸板位置、确定密封位置、持续监控防喷器内的闸板位置、适应井场器材(例如各种管子直径)。图1示出近海井场100，其具有构造成密封延伸进海床107中的井眼105的密封件组件102。如所示，密封件组件102定位在防喷器(BOP) 108中，该防喷器是定位在海床107上的水下系统106的一部分。水下系统106还可包括从井眼105延伸的管子(或管道)104、围绕井眼105的井口 110、从井眼105延伸的导管112以及其它水下设备，比如冲孔模板(stripper)和输送系统(未示出)。防喷器108可具有用于监控防喷器108的操作的防喷器监控系统103。虽然井场100显示为海底作业，但是应当明白的是，井场100可基于陆地或水，密封件组件102可用于任何井场环境。地面系统120可用于使在近海井场100处的操作便利。地面系统120可包括钻塔122、平台124(或船舶)和地面控制器126。此外，还存在一个或多个水下控制器128。虽然地面控制器126显示为位于地面位置的地面系统120的一部分，水下控制器128显示为位于水下位置的水下系统106的一部分，但是应当明白的是，一个或多个控制器可位于不同位置，以控制地面和/或水下系统。为了操作一个或多个密封件组件102和监控防喷器监控系统103和/或其它与井场100有关的设备，地面控制器126和/或水下控制器128可彼此连通地放置。位于井场100的地面控制器126、水下控制器128和/或任何设备可经由一个或多个通信链路134而连通。通信链路134可以是任何合适的通信装置，比如液压线路、气动线路、接线、光纤、遥测通信、声通信、无线通信、任何它们的组合等。经由地面和水下控制器126和/或128可分别自动地、手动地和/或选择性地操作位于井场100的密封件组件102、防喷器监控系统103、防喷器108和/或其它设备。可选择地提供遥控潜水器(ROV) 121，以在地面下方行进，并检查防喷器监控系统103。遥控潜水器121可具有摄像机135以显示防喷器监控系统103和/或用于联接到防喷器监控系统103的电子连通器(例如，通信链路134)的图像。遥控潜水器121可经由通信链路134与地面单元126连通。在一些情况下，潜水员或其它检查员可以视觉上检查防喷器监控系统103。图2示出可用作图1的防喷器108的防喷器108的示意图。防喷器108示意性地显示为立方体形设备，该立方体形设备具有穿过其中的用于接收管子104的孔(或沟道)220。防喷器108还具有穿过其中的用于接收密封件组件102的沟道222。虽然防喷器108显示为具有特定的构造，但是应当明白的是，防喷器108可具有多种形状，并可具有其它设备，比如传感器(未示出)。美国专利5735502描述了可以使用的防喷器的例子，该美国专利的全部内容在此通过引入并入本文。密封件组件102包括用于密封防喷器108的一个或多个闸板202。闸板202可以是用于密封防喷器108的内部和/或切割管子104的任何合适设备，比如闸板、闸板块和/或剪切刀。在密封件组件102的闸板202致动时，闸板202可沿沟道222朝向管子104移动。密封件组件102可密封位于防喷器108内的管子104，因此防止比如井眼流体和/或海水的流体穿过防喷器108。此外，如果密封件组件102具有剪切刀，密封件组件102可切割管子104。图3示出图2的具有与每个闸板202联接的致动器300的防喷器108的示意性侧视图。致动器300可构造成使闸板202在非致动位置和致动位置(如图3所示)之间移动，在非致动位置，闸板202未与管子104接合，而在致动位置，闸板202与管子104接合。在非致动位置，管子104可移动通过防喷器108，并进入和/或移出井眼105 (见例如图1)。在致动位置，管子104和/或防喷器108的中心孔220可通过闸板202密封在管子104周围。所示致动器300是构造成使用供应到致动器300的液压液来使活塞304在气缸306内移动的液压致动器。气缸306具有侧部307、头部309和后部311。活塞304可通过例如选择性地施加到其上的液压而在气缸306内滑动地移动。活塞304可联接到构造成当活塞304移动时使闸板202移动的杆308 (或动力油缸活塞杆)。尽管致动器300显示为液压活塞和气缸，但是致动器300可以是用于使闸板202在致动位置和非致动位置之间移动的任何合适的致动器。当活塞304在气缸306中移动时，防喷器监控系统103可监控活塞304的位置。通过确定活塞304的位置，可以确定闸板202在防喷器108内的位置。由防喷器监控系统103收集的数据可经由通信链路134而发送到地面和水下控制器126/128，以例如确定防喷器108如何操作。防喷器监控系统103可以是用于确定活塞304、杆308和/或闸板202在防喷器108内的位置的任何合适系统。优选地，监控系统103还能够确定防喷器108的其它井下参数、其部件和/或相关井下状况。图4A-4N示出具有监控系统103a_m的不同变体的致动器300a_m的一部分的截面视图，它们可用作图3的致动器300和防喷器监控系统103。如这些附图的每个所示，活塞304在气缸306内可滑动地移动。监控系统103a-m各自均可关于气缸306定位，并具有用于检测活塞304在气缸中的位置的装置。每个活塞304可活动地连接到闸板202(见图2和3)，因此，还可以确定闸板202 (和/或其部件)的位置。视觉指示器传感器S可选择地定位在监控系统附近，以检测井场和/或比如监控系统103a-m之类部件的启动、位置或其它参数。图4A示出致动器300a和作为感应电阻传感器400的防喷器监控系统103a。感应电阻传感器400可具有在气缸306的侧部307的外部卷绕的一个或多个线圈402。在致动器300a操作期间，电流可供应到线圈402，可测量线圈402的电阻。活塞304在气缸306内在防喷器108的气缸头部309和气缸后部311之间行进。线圈402的电阻作为活塞304的位置的函数而改变。当活塞304经过线圈时，线圈402可单独地改变，因此指示出活塞304邻近某一线圈402。电阻的变化可用于确定活塞304和杆308的位置。因此，还可以确定闸板202(如图3所示)的位置。通过ROV 121和/或地面单元126(图1)可测量和接收线圈的电感，以电子指示活塞304和闸板202的位置。可提供传感器S以将信号从线圈402传到定位在井场100周围的接收器。视觉指示器，比如这里所提供的，还可选择地联接到监控系统103a，以在通过监控系统103a启动时提供对位置的可见指示。图4B示出致动器300b和作为磁性标志传感器410的防喷器监控系统103b。磁性标志传感器410可具有位于气缸306的侧部307的外部的一个或多个磁性标志412。每个磁性标志412可在轴414上固定到气缸306，轴414允许磁性标志412对经过的活塞磁体416做出响应而绕轴414旋转。每具磁性标志412可以是磁性的或在其上具有磁体。每个磁性标志412可位于重力的向下位置，并当活塞磁体416经过时竖立。活塞磁体416可以是任何固定到或邻近活塞304的磁体。当活塞304在气缸306内在气缸后部311和气缸头部309之间行进时，活塞磁体416使邻近活塞304的磁性标志412竖立。竖立的磁性标志412可用于提供对活塞304和杆308的位置的可见指示。因此，还可指示闸板202 (如图3所示)的位置。传感器S还可活动联接到一个或多个标志，以提供对给定标志的启动的电子和/或可见指示。传感器S可将信号传送至用于传递活塞304的位置的不同部件。图4C示出致动器300c和作为滑动磁性传感器418的防喷器监控系统103c。滑动磁性传感器418可具有固定到弓I导杆422的一个或多个滑动磁体420，引导杆422位于气缸306的侧部307的外部。每个滑动磁体420可固定到引导杆422，使得允许滑动磁体420对活塞磁体416的移动做出响应而沿引导杆422平移。当活塞304在气缸306内在气缸后部311和气缸头部309之间行进时，在其上具有磁体416的活塞304使邻近活塞304的滑动磁体420平移。滑动磁体420的位置可提供活塞304的视觉指示器。限位开关或其它设备，比如传感器S还可用于检测和/或传递滑动磁体420沿引导杆422的位置。滑动磁体420位置可用于确定活塞304和杆308的位置。因此，还可以确定闸板202 (如图3所示)的位置。图4D示出致动器300d和作为超声波传感器424的防喷器监控系统103d。超声波传感器424可具有围绕气缸306的侧部307的外部布置的一个或多个超声诱导器426。每个超声诱导器426产生超声波428，超声波被导入气缸306的内部，然后被接收器429检测。如所示，接收器429定位于防喷器108中。超声波428的变化可指示与一个或多个超声诱导器426邻近的活塞304的位置。当活塞304在气缸306内在气缸后部311和气缸头部309之间行进时，超声波428中检测到的变化可用于确定活塞304和杆308的位置。因此，还可以确定闸板202 (如图3所示)的位置。由接收器429检测的超声波可被传送给ROV 121和/或地面单元126 (图1)，以提供对活塞304和闸板202的位置的指示。传感器S还可活动地联接到一个或多个超声诱导器426，以提供对给定超声诱导器的启动的电子和/或可见指示。传感器S可将信号传送给用于传递活塞304的位置的不同部件，比如接收器429。比如这里提供的视觉指示器还可选择地联接到监控系统103d，以在通过监控系统103d启动时提供位置的可见指示。图4E示出致动器300e和作为超声波限位传感器430的防喷器监控系统103e。超声波限位传感器430可具有两个超声诱导器426、427，每个邻近活塞304在气缸306内的行进界限而布置。例如，超声诱导器426之一可邻近气缸后部311布置，第二超声诱导器427可邻近气缸306的侧部307布置。位于侧部307上的第二超声诱导器427可邻近与活塞304的气缸头部309相邻的行进界限而布置。每个超声诱导器426、427产生超声波428，超声波被引入气缸306的内部，然后由接收器429检测。超声波428的变化可指示紧邻超声诱导器426、427的活塞304的位置。当活塞304在气缸306内在气缸后部311和气缸头部309之间行进时，超声波428中检测到的变化指示何时活塞304到达位于非致动位置或致动位置的行进界限。因此，超声波428中检测到的变化可用于确定活塞304和杆308的位置。因此，还可以确定闸板202 (如图3所示)的位置。由接收器429检测的超声波可被传送给ROV 121和/或地面单元126 (图1)，以提供活塞304和闸板202的位置的指示。传感器S还可活动地联接至一个或多个超声诱导器426、427，以提供对给定超声诱导器的启动的电子和/或可见指示。传感器S可将信号传送至用于传递活塞304的位置的不同部件，比如接收器429。比如这里提供的视觉指示器还可选择地联接至监控系统103e，以在通过监控系统103e启动时提供位置的可见指示。
图4F示出致动器300f和作为激光传感器432的防喷器监控系统103f。激光传感器432可具有紧邻致动器300f的端部布置的一个或多个激光诱导器434。如所示，激光诱导器434紧邻气缸后部311布置。激光诱导器434可将激光436引导通过气缸306的孔438。激光436可接合活塞304的一部分。激光436可具有常规的测距能力，该测距能力可用于当活塞在气缸306内行进时，确定气缸后部311和活塞304之间的距离。如由激光传感器432确定的活塞304的位置可用于确定活塞304和杆308的位置。因此，还可以确定闸板202(如图3所示)的位置。由激光传感器432检测的位置被传送给ROV 121和/或地面单元126 (图1)，以提供活塞304和闸板202的位置的指示。传感器S还可活动地联接至监控系统103f，以提供由激光436检测的位置的电子和/或可见指示。传感器S可将信号传送至用于传递活塞304的位置的不同部件。比如这里提供的视觉指示器还可选择地联接至监控系统103f，以在通过监控系统103f启动时提供位置的可见指示。图4G示出致动器300g和作为线性磁性传感器440的防喷器监控系统103g。线性磁性传感器440可具有联接到气缸后部311的传感器磁体442。传感器磁体442可联接至线性传感器444，线性传感器经由气缸后部311中的孔438而放置在气缸306中。当活塞304移动时，线性传感器444可检测活塞磁体416的移动。如所示，活塞304可具有空腔446，用于允许活塞304在不接合线性传感器444的情况下通过线性传感器444。当活塞304在气缸306内在气缸后部311和气缸头部309之间行进时，线性传感器444检测活塞磁体416的位置。活塞磁体416的位置可用于确定活塞304和杆308的位置。因此，还可以确定闸板202(如图3所示)的位置。由线性传感器444检测的位置被传送给ROV 121和/或地面单元126 (图1)，以提供对活塞304和闸板202的位置的指示。传感器S还可活动地联接至监控系统103g，以提供由线性传感器444检测的位置的电子和/或可见指示。传感器S可将信号传送至用于传递活塞304的位置的不同部件。视觉指示器(比如这里所提供的)还可选择地联接至监控系统103g，以在通过监控系统103g启动时提供位置的可见指示。图4H示出致动器300h和作为霍耳效应传感器448的防喷器监控系统103h。霍耳效应传感器448可具有固定到引导杆422的一个或多个滑动磁体420,引导杆位于气缸306的侧部307的外侧。每个滑动磁体420可固定到引导杆422，使得允许滑动磁体420对活塞304上的活塞磁体416的移动做出响应而沿引导杆422平移。当活塞304在气缸306内在气缸后部311和气缸头部309之间行进时，活塞磁体416使紧邻活塞304的滑动磁体420平移。近距离传感器421可定位于滑动磁体420的任一侧，以检测滑动磁体的位置。当磁体420接近时，近距离传感器421检测磁体420，因此指示活塞304的位置。因此，霍耳效应传感器448可提供活塞304和杆308的定位或位置的特定电子和/或可见指示。因此，还可以确定闸板202(如图3所示)的位置。由霍耳效应传感器448检测的位置可被传送给ROV 121和/或地面单元126 (图1)，以提供活塞304和闸板202的位置的指示。传感器S还可活动地联接至监控系统103h，以提供由线性传感器444检测的位置的电子和/或可见指示。传感器S可将信号传送至用于传递霍耳效应传感器448的位置的不同部件。图41示出致动器300i和作为动磁式传感器450的防喷器监控系统103i。动磁式传感器450可具有位于透明罩454内的一个或多个磁性指示器(或锉屑)452。透明罩454可以是例如位于气缸306的侧部307的外部的管。每个磁性指示器452可固定在邻近气缸306的透明罩454的内部，使得允许磁性指示器452对活塞磁体416的移动做出响应而在透明罩454内平移。如图41所示，磁性指示器452是多个磁屑。然而，磁性指示器452可以是任何合适的指示器，比如一个或多个磁性球(如图4J所示)。透明罩454可具有用于允许磁性指示器452行进的任何合适的形式。透明罩454可以是透明的，以当磁性指示器452在透明罩454内行进时，允许可视地检查磁性指示器452的位置。磁性指示器452可用于提供活塞304和杆308的位置的可见指示。当活塞304在气缸306内在气缸后部311和气缸头部309之间行进时，活塞304上的活塞磁体416使磁性指示器452向邻近活塞304的位置平移通过透明罩454。磁性指示器452的位置可用于确定活塞304和杆308的位置。因此，还可以确定闸板202(如图3所示)的位置。传感器S还可活动地联接到监控系统103i，以提供由磁性指示器452检测的位置的电子和/或可见指示。传感器S可将信号传送至用于传递活塞304的位置的不同部件。图4J示出致动器300j和作为另一种动磁式传感器453的防喷器监控系统103j。监控系统103j与监控系统103i相似，除了图4J所示的透明罩454可以是透明滚道(或管)，用于容纳磁性指示器453并允许磁性指示器在其中平移。磁性传感器453可以是例如球，其当活塞在气缸306内移动时，滚动通过透明滚道。当活塞304在气缸306内在防喷器108的气缸后部311和气缸头部309之间行进时，活塞磁体416使邻近活塞304的磁性指示器453平移。位于透明管内的磁性指示器453可用于提供活塞304和杆308的位置的可见指示。因此，还可以确定闸板202 (如图3所示)的位置。磁性指示器453的位置可用于确定活塞304和杆308的位置。因此，还可以确定闸板202 (如图3所示)的位置。传感器S还可活动地联接至监控系统103j，以提供由磁性指示器453检测的位置的电子和/或可见指示。传感器S可将信号传送至用于传递活塞304的位置的不同部件。图4K-4N示出滑轮监控器103k、1031、1031’的不同构造。图4K-4M示出致动器300k、3001、3001’的纵向截面图，图4N示出其端部视图。图4K示出致动器300k和作为齿轮传动传感器456的防喷器监控系统103k。齿轮传动传感器456可具有联接到气缸后部311的齿轮传动壳体458。齿轮传动壳体458可具有电缆(或柔性构件)460，电缆经由气缸中的孔438布置在气缸306中。电缆460可联接至活塞304，并当活塞304在气缸306内行进时随其行进。可以提供滑轮469以当电缆460随活塞304移动时，传动齿轮462。当活塞304从非致动位置向致动位置移动时，电缆460可由活塞304拖拉。电缆460的移动可使位于齿轮传动壳体458内的一个或多个齿轮462旋转。齿轮462之一可联接至位于齿轮传动壳体458内的磁性联接器464的第一部分和/或使该磁性联接器464的第一部分旋转。磁性联接器464的第一部分可磁性地联接至位于齿轮传动壳体458外部的磁性联接器466的第二部分。磁性联接器466的第二部分的旋转可被测量，并用于当活塞在气缸306内行进时确定活塞304的位置。指示箭头467可定位于磁性联接器466上，并随其旋转。指示箭头467的位置可用作指示活塞304的位置的电子和/或视觉指示器。如图4N所示，指示箭头可沿磁性联接器466的第二部分旋转到一位置。指示箭头467的旋转位置可与活塞在气缸306中的位置有关。齿轮462可以是卷绕的弹簧，以当活塞304从致动位置向非致动位置行进时收回电缆460。如由指示箭头467可见地指示的活塞304的位置可用于确定活塞304和杆308的位置。因此，还可以确定闸板202(如图3所示)的位置。图4L示出致动器3001和作为滑轮传动的防喷器监控系统1031。在图4L所示的系统1031中，电缆460缠绕位于滑轮壳体458内的第一滑轮469和第二滑轮468。因此，当活塞304在气缸306内移动时，滑轮468旋转。滑轮468可联接至位于滑轮壳体458内的磁性联接器464的第一部分。磁性联接器464的第一部分可磁性地联接至位于滑轮壳体458外部的磁性联接器466的第二部分。磁性联接器466的第二部分的旋转可被测量,并用于当活塞在气缸306内移动时，以与图4K所述方式类似的方式确定活塞304和杆308的位置。参见图4J所示，指示箭头467可用于提供活塞304的电子和/或可见指示。因此，还可以确定闸板202 (如图3所示)的位置。图4M示出致动器300m和作为滑轮传动的防喷器监控系统1031’。致动器300m与致动器3001类似，除了滑轮壳体458及其容纳物旋转了 90度，以及滑轮壳体458与气缸306结合为一体。如图4M所示，视觉指示器(或监控器)在这里可定位在气缸306周围的不同位置，以便于观察。如图4M所示，视觉指示器(或监控器)可定位在与气缸306结合为一体的壳体中(或与气缸分开，如图4K和4L所不)。磁性联接器466的第二部分的旋转可被测量，并用于当活塞在气缸306内行进时，以与图4K所述的方式类似的方式确定活塞304和杆308的位置。参见图4J所示，指示箭头467可用于提供活塞304的可见指示。因此，还可以确定闸板202(如图3所示)的位置。箭头467的移动可由传感器S检测。传感器S还可活动地联接至监控系统103k_m，以提供箭头467的位置的电子或可见指示。传感器S可将信号传送至用于传递活塞304的位置的不同部件。图5A- 示出具有监控系统103m-p的不同变体、示出其操作的致动器300m_p的替代示意性截面图，它们可用作图3的致动器300和防喷器监控系统103。如这些附图任一所示，活塞304在气缸306内可滑动地移动。在这些附图中，为了简便，杆308未示出。监控系统103m-p各自均可关于气缸306定位，并具有用于检测活塞304在气缸中的位置的装置。每个活塞304均可活动地连接至闸板202 (见图2和3)，因此，还可以确定闸板202 (和/或其部件)的位置。在这些监控系统103m-p的任一中，传感器S还可活动地联接至监控系统103m-p，以提供活塞304的所检测位置的电子和/或可见指示。传感器S可将信号传送至用于传递活塞304的位置的不同部件。视觉指示器，如这里所提供的，还可选择地联接至监控系统103m-p，以在通过监控系统103g启动时提供位置的可见指示。图5A示出致动器300m和作为电容式位移传感器506的防喷器监控系统103m。电容式位移传感器506可使电流502在气缸306内流动。电流502可通过联接到气缸后部311的一个或多个源极504而发送进入气缸306。
传感器电极506可在电流已接合活塞304之后检测电流。由传感器电极506检测到的电流的变化可用于确定活塞304距气缸后部311的距离。活塞304位置可用于确定活塞304 (以及未示出的杆308)的位置。因此，还可以确定闸板202 (如图3所示)的位置。图5B示出致动器300η和作为声纳传感器508的防喷器监控系统103η。声纳传感器508可在气缸306内产生声纳波510。声纳波510可传播进入气缸306，并在活塞304上反射。反射的声纳波510可由接收器512检测。检测的声纳波510的变化可用于确定活塞304距气缸后部311的距离。活塞304位置可用于确定活塞304(以及未示出的杆308)的位置。因此，还可以确定闸板202(如图3所示)的位置。
图5C示出致动器300ο和作为一个或多个近距离传感器514的防喷器监控系统103ο。近距离传感器514可以是确定活塞304在气缸306内的位置的任何合适的检测传感器。例如，近距离传感器514可以是比如按钮或开关的机械传感器、比如应变仪的电子传感器、声纳传感器等。近距离传感器514可联接至例如ROV 121或地面单元126。当活塞304处于致动和/或非致动位置时，近距离传感器514可检测活塞304的位置。沿气缸306还存在多个近距离传感器514，以当活塞304在气缸306内平移时提供活塞304的位置。活塞304位置可用于确定活塞306(以及未示出的杆308)的位置。因此，还可以确定闸板202 (如图3所示)的位置。图示出致动器300p和作为流量传感器516的防喷器监控系统103p。流量传感器516可以是例如累加机械流量计，其构造成当活塞304延伸和缩回时，测量流入和/或流出气缸306的流量。流量传感器516可联接至流体源，比如箱(未示出)。可以提供泵、流动管线或其它流体设备，以帮助控制通过流量传感器516的流体流量。已知气缸的内容积的情况下，进入气缸的液压流量可用于计算活塞304在气缸306内的位置。或者，当活塞304向非致动位置收回时，机械流量计可重置为零而不是测量流出量。活塞304位置可用于确定活塞304(以及未示出的杆308)的位置。因此，还可以确定闸板202 (如图3所示)的位置。图4A-4N，图5A- 所示的每个监控器103a_p可用于指示活塞304的位置。这些监控器103a-p可经由通信链路(例如图1的134)联接至ROV 121和/或地面单元126，以在其间传送信号。这样的信号可包含指示(或加以分析以指示)活塞304的位置的数据。监控器103a-p中的一些可提供视觉指示器(例如监控器103b-c，i_l)，比如图4B的标志412、图4C和4H的磁体420、图41和4J的磁性指示器452、453，这些视觉指示器可由操作者、R0V、摄像机或其它设备可视地检查，以确定活塞的位置。视觉指示器还可具有视觉指示器传感器，以电子地指示传感器的位置。监控器103a-p中的一些可提供具有电子指示器的监控器传感器(例如监控器103a，d-h，m-p)，这些监控器传感器可向指示活塞位置的地面单元发送信号。防喷器108的一个或多个气缸306可具有位于不同位置的一个或多个监控器 103a-p。图6是示出用于监控防喷器的方法(600)的流程图。方法(600)包括将防喷器定位在管道周围￠80);当活塞邻近视觉指示器经过时，启动监控器的视觉指示器的至少一个(682);检查视觉指示器￠84);以及通过电子传感器感测活塞的位置￠86)。检查还可包括人工观察视觉指示器和/或感测用于启动的视觉指示器。该方法还可包括额外的步骤，比如将数据从监控器向地面单元传送。这些步骤可顺序进行，如果需要可以重复进行。本领域技术人员应当明白，这里所公开的技术可经由构造有执行期望功能的算法的软件而实施用于自动化/自发的应用。这些方面可以通过对具有适当硬件的一个或多个合适的一般目标的计算机编程而实施。编程可通过使用由处理器可读的一个或多个程序存储装置，以及通过对由计算机可执行的一个或多个指令程序进行编码而完成，以执行在这里所述的操作。程序存储装置可采用例如一个或多个软盘、CD ROM或其它光盘、只读存储器(ROM)和其它本领域熟知或即将发展的形式。指令程序可以是“目标码”，即，可由计算机或多或少直接执行的二进制形式；可以是“源码”，在执行之前需要编码或译码；或一些中间形式，比如部分编译代码。程序存储装置和指令的编码的精确形式在这里是非物质的。本发明的方面还构造成原地单独地和/或经由延伸的通讯网络(例如无线、因特网、卫星等)远程控制地执行(经由合适的硬件/软件)所述功能。
虽然参考许多实施方式和开发形式描述实施例，但是应当理解的是，这些实施例是说明性的，本发明主题的范围并不局限于此。可以进行许多变化、修改、附加和改进。例如，一个或多个监控器可定位在防喷器的一个或多个气缸的周围。此外，在此所述的监控设备可检测位于非致动位置、致动位置和/或其间所有其它位置的活塞304 (和闸板202的其它部分)的位置。可提供复数实例用于在此描述为单个实例的部件、操作或结构。通常，在示例性构造中呈现为独立部件的结构和功能可实施为组合结构或部件。类似地，呈现为单个部件的结构和功能可实施为独立部件。这些和其它变化、修改、附加和改进在本发明主题的范围内。
权利要求
1.一种用于密封井眼的管道的防喷器，所述井眼穿入地下构造，所述防喷器包括 壳体，具有通过所述壳体、用于容纳所述管道的孔； 至少一个闸板，可滑动地定位在所述壳体中，所述至少一个闸板中的每个具有用于密封地接合在所述管道周围的闸板块； 致动器，用于选择性地驱动所述闸板块，所述致动器包括可滑动地定位在气缸中的活塞；以及 监控器，用于检测在气缸中的活塞，所述监控器包括位于所述气缸的外部上的视觉指示器，所述视觉指示器活动地联接至所述活塞，以当所述活塞在所述气缸内行进时，显示所述活塞的位置，由此可以确定所述闸板的位置。
2.如权利要求1所述的防喷器，其中，所述视觉指示器包括活动地连接至所述活塞的电缆，所述电缆经由滑轮可活动地连接至标度盘，并且当所述活塞在所述气缸内移动时，所述电缆可由此旋转。
3.如权利要求2所述的防喷器，其中，所述视觉指示器还包括用于将所述滑轮活动地联接至所述标度盘的至少一个齿轮。
4.如权利要求2所述的防喷器，其中，所述视觉指示器还包括用于将所述标度盘联接至所述滑轮的磁性联接器。
5.如权利要求1所述的防喷器，其中，所述视觉指示器包括与所述气缸结合为一体的壳体。
6.如权利要求1所述的防喷器，其中，所述视觉指示器包括定位于标志杆上的多个标志，当所述活塞邻近所述多个标志经过时，所述多个标志可选择性地竖立。
7.如权利要求1所述的防喷器，其中，所述视觉指示器包括可滑动地定位在引导件上的磁体，所述可滑动地定位在引导件上的磁体对邻近其经过的活塞上的磁体做出响应。
8.如权利要求1所述的防喷器，其中，所述视觉指示器包括具有多个金属锉屑的透明罩，所述多个金属锉屑对邻近其经过的活塞上的磁体做出响应，而可移动地定位在所述透明罩中。
9.如权利要求1所述的防喷器，其中，所述视觉指示器包括具有磁性指示器的透明罩，所述磁性指示器对邻近其经过的活塞上的磁体做出响应，而可移动地定位在所述透明罩中。
10.如权利要求1所述的防喷器，还包括用于检测视觉指示器的视觉指示器传感器。
11.如权利要求1所述的防喷器，还包括用于检测所述活塞的位置的电子指示器。
12.如权利要求11所述的防喷器，其中，所述电子指示器包括可滑动地定位在引导件上的磁体和至少一个霍尔效应传感器，所述可滑动地定位在引导件上的磁体对邻近其经过的活塞上的磁体做出响应，所述霍尔效应传感器用于检测所述引导件上的磁体的位置。
13.如权利要求11所述的防喷器，其中，所述电子指示器包括感应电阻传感器，所述感应电阻传感器包括布置在所述气缸周围的线圈。
14.如权利要求11所述的防喷器，其中，所述电子指示器包括位于所述气缸的顶端的顶端超声波传感器和位于所述气缸的底端的底端超声波传感器，以当所述活塞邻近所述超声波传感器时，检测所述活塞。
15.如权利要求11所述的防喷器，其中，所述电子指示器包括超声波限位传感器。
16.如权利要求11所述的防喷器，其中，所述电子指示器包括激光传感器。
17.如权利要求11所述的防喷器，其中，所述电子指示器包括电容式位移传感器。
18.如权利要求11所述的防喷器，其中，所述电子指示器包括声纳传感器，用于发射声纳波并感测由所述活塞反弹的波。
19.如权利要求11所述的防喷器，其中，所述电子指示器包括至少一个近距离传感器。
20.如权利要求11所述的防喷器，其中，所述电子指示器包括流量传感器，用于当所述活塞在所述气缸中通过时，检测流过所述气缸的室的流体流量。
21.一种用于密封井眼的管道的系统，所述井眼穿入地下构造，所述系统包括 防喷器，包括 壳体，具有通过所述壳体、用于容纳所述管道的孔； 至少一个闸板，可滑动地定位在所述壳体中，所述至少一个闸板中的每个具有用于密封地接合在所述管道周围的闸板块； 致动器，用于选择性地驱动所述闸板块，所述致动器包括可滑动地定位在气缸中的活塞；以及 监控器，用于检测在气缸中的活塞，所述监控器包括位于所述气缸的外部上的视觉指示器，所述视觉指示器活动地联接至所述活塞，以当所述活塞在所述气缸内行进时，显示所述活塞的位置，由此可以确定所述闸板的位置；以及检查员，用于检查所述视觉指示器。
22.如权利要求21所述的系统，其中，所述检查员是人。
23.如权利要求21所述的系统，其中，所述检查员是遥控潜水器(ROV)。
24.如权利要求21所述的系统，还包括用于接收来自所述监控器的数据的地面单元。
25.如权利要求21所述的系统，还包括用于检测所述活塞的位置的电子指示器。
26.如权利要求25所述的系统，还包括用于与所述电子指示器传递信号的接收器。
27.如权利要求25所述的系统，还包括用于检测井场参数的至少一个传感器。
28.一种用于监控防喷器的方法，所述方法包括 将所述防喷器定位在管道周围，所述防喷器包括 壳体，具有通过所述壳体、用于容纳所述管道的孔； 至少一个闸板，可滑动地定位在所述壳体中，所述至少一个闸板中的每个具有用于密封地接合在所述管道周围的闸板块； 致动器，用于选择性地驱动所述闸板块，所述致动器包括可滑动地定位在气缸中的活塞；以及 监控器，用于检测在气缸中的活塞，所述监控器包括位于所述气缸的外部上的视觉指示器，所述视觉指示器活动地联接至所述活塞，以当所述活塞在所述气缸内行进时，显示所述活塞的位置，由此可以确定所述闸板的位置； 当所述活塞邻近所述视觉指示器经过时，启动所述监控器的至少一个视觉指示器；以及 检查所述视觉指示器。
29.如权利要求28所述的方法，还包括通过电子指示器感测所述活塞的位置。
30.如权利要求28所述的方法，其中，检查的步骤包括人工观察所述视觉指示器。
31.如权利要求28所述的方法，其中，检测的步骤包括感测用于启动的所述视觉指示器。
32.如权利要求28所述的方法，还包括将来自所述监控器的数据传送给地面单元。
33.一种用于密封井眼的管道的防喷器，所述井眼穿入地下构造，所述防喷器包括 壳体，具有通过所述壳体、用于容纳所述管道的孔； 至少一个闸板，可滑动地定位在所述壳体中，所述至少一个闸板中的每个具有用于密封地接合在所述管道周围的闸板块； 致动器，用于选择性地驱动所述闸板块，所述致动器包括可滑动地定位在气缸中的活塞；以及 监控器，用于检测在气缸中的活塞，所述监控器包括壳体，所述壳体在其中具有电缆，所述电缆可活动地连接至所述活塞并随着所述活塞移动，由此可以确定所述闸板的位置。
34.如权利要求33所述的防喷器，其中，所述监控器还包括活动地连接的传感器，用于检测所述电缆的移动。
35.如权利要求34所述的防喷器，其中，所述监控器还包括用于将来自所述传感器的数据传送给地面单元的通信链路。
36.如权利要求33所述的防喷器，其中，所述监控器还包括至少一个齿轮。
37.如权利要求33所述的防喷器，其中，所述监控器还包括至少一个滑轮。
38.如权利要求33所述的防喷器，其中，所述壳体与所述气缸结合为一体。
39.如权利要求33所述的防喷器，其中，所述监控器还包括位于所述壳体的外部上的视觉指示器，所述视觉指示器活动地联接至所述电缆并可移动，由此当所述活塞在所述气缸内行进时，可视地指示所述活塞的位置。
40.如权利要求39所述的防喷器，其中，所述监控器还包括位于所述壳体的内部的磁性联接器，用于将所述电缆联接至所述视觉指示器。
41.如权利要求39所述的防喷器，其中，所述视觉指示器包括可由所述电缆启动的标度盘
全文摘要
提供了一种用于密封井眼的管道的防喷器。该防喷器具有壳体，该壳体具有通过其中、容纳管道的孔；至少一个闸板，可滑动地定位在壳体中(每个闸板具有用于密封地接合在管道周围的闸板块)；致动器，用于选择性地驱动闸板块(所述致动器包括可滑动地定位在气缸中的活塞)；以及监控器，用于检测在其中的活塞。所述监控器具有位于气缸外部上的视觉指示器。所述视觉指示器活动地联接到所述活塞，以用于当活塞在气缸内行进时显示活塞的位置，由此可以确定闸板的位置。
文档编号E21B47/09GK103025995SQ201180029361
公开日2013年4月3日 申请日期2011年6月24日 优先权日2010年7月1日
发明者J.J.莱奥塔, E.T.恩斯利, C.D.约翰逊 申请人:国民油井华高公司