用于管件验证的方法和系统与流程

本公开涉及一种用于验证要在井下应用中使用的管件的规格的系统、装置和方法。更具体地，本公开涉及一种用于通过在管件操作期间对管件或管件构成的立根(stand)进行测量来验证一个或多个管件规格的系统、装置和方法。

背景技术：

烃的勘探和生产需要使用也称为管的许多类型的管件。管件包括但不限于钻管、套管、管道、立管(riser)和在井结构中使用的其它可螺纹连接的元件。结合的管件的“钻柱(strings)”或钻柱的连接常常用于钻出井眼，并且关于套管，防止在钻井之后井眼的塌陷。这些管件正常地在两个或更多个通常称为“立根”构成的组中组装，以便竖直地存储在钻塔或井架(mast)中。钻塔或井架可包括通常称为指板的存储结构。指板典型地包括各自能够接收多个“立根”的多个水平地伸长的支撑结构或“指状件”。

旋转钻井和顶部驱动钻井系统常常采用这些立根，而不是单个管件，以通过减少在井眼中或直接在井眼上建立钻柱所需的连接的量来增加钻井操作的效率。然而，将管件从水平位置操纵到竖直位置、组装立根和将立根提供到指板和井中心之间是危险的并且可能是相当无效率的操作。

因为管件可能在相同的井上从钻柱添加和移除多次，并且因为某些管件在不同的井处再使用，所以某些管件可能重复地暴露于高应力情况，导致比预期失效更早。管件失效延迟井进程并且增加钻井成本。

在钻井过程期间，管件依赖于它们在钻柱内的定位而经受不同的负载。当在张力下经受负载时，这些管件关于所施加的负载线性地延长并且当移除负载时恢复到它们的初始尺寸。然而，如果管件的弹性极限被超出，则其将不会返回到其初始尺寸并且造成潜在的失效点。此外，某些管件由于研磨性钻井流体的流动而在内部变得磨损。这些磨损点常常从钻管外部是不可见的，并且也存在潜在的失效点。

为了识别可能已经受到过量应力或磨损的管件，通过在井之间的独立检查并且在被引入到钻井钻机之前来验证预期在钻机上再使用的管件。验证要求检查者手动地测量和记录管件的尺寸和规格。

呈现出过量水平的延长或变形的管件可被认为不适合于继续使用。然而，因为管件是可消耗的商品并且极其昂贵，因此期望尽可能多地利用它们的使用寿命。然而，通过针对尺寸差异手动地测量每一个管件来验证的过程可能是耗时的且乏味的工作。

要求钻机在现场钻出多个井的垫块钻井(paddrilling)对确保钻管的安全且正确的验证提出了另外的挑战。从钻机移除管件以进行测量和质量控制所需的时间可能减慢该过程且降低钻井操作的效率。

本公开涉及克服现有技术的缺陷中的一个或多个缺陷的系统和方法。

附图说明

本公开在与附图一起阅读时从以下详细说明被最佳地理解。应强调，根据工业中的标准实践，各种特征未按比例绘制。实际上，为了论述的清楚，各种特征的尺寸可以被任意地增加或减小。

图1是根据本公开的一个或多个方面的示例性设备的示意图。

图2是根据本公开的一个或多个方面的示例性设备的过道(catwalk)部分的示意图。

图3是根据本公开的一个或多个方面的示例性排放架装置设备的示意图。

图4是根据本公开的一个或多个方面的示例性排放架装置设备的示意图。

图5是根据本公开的一个或多个方面的示例性设备的框图。

图6是根据本公开的一个或多个方面的方法的至少一部分的流程图。

图7是根据本公开的一个或多个方面的方法的至少一部分的流程图。

具体实施方式

应理解，以下公开提供了用于实现各种实施例的不同特征的许多不同实施例或示例。部件和装置的具体示例在下面进行描述，以简化本公开。当然，这些仅是示例并且不旨在限制。此外，本公开可能在各种示例中重复参考数字和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的并且本身不指示所论述的各种实施例和/或构造之间的关系。而且，在随后的说明中第一特征在第二特征上方或在第二特征上的形成可包括第一特征和第二特征直接接触形成的实施例，且也可包括另外的特征可介于第一特征和第二特征之间形成而使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。

本文描述的系统、装置和方法可用于确定管件或管件构成的立根的规格特性，以便更可靠地预测管件是否正接近其使用寿命的尽头。规格特性涉及使用在钻井钻机系统的一部分上承载的或形成钻井钻机系统的一部分的仪器检测或感测的技术规格，比如尤其是管件或立根的长度和重量。在某些实施例中，这些技术规格可以在管件或立根围绕钻井钻机系统被操纵时在运行下(on-the-fly)被实现或测量。

通过这些规格，本文公开的系统、装置和方法通过确定立根是否已经超过它们的安全工作负载和/或它们的弹性极限来验证立根。相应地是，系统、装置和方法可以用于识别在所施加的负载期间伸长超出它们的弹性极限或者以其它方式不再满足一个或多个所要求的规格的管件。当钻管的弹性极限被超出时，钻管不返回到其正常尺寸且具有失效点。识别已经超出其弹性极限或已经过量地磨损的钻管的能力现在可能是在管操作过程期间的连续过程，以验证钻管和钻柱的强度和完整性。在验证期间获得的信息可以被捕获和存储到先前在美国专利申请14/184,771中描述的数据库内，该美国专利申请提供用于管件管理的钻管/管件的识别。另外，如果管件重量已经改变，例如由于管件接头螺纹的剥落、内部磨损或对于影响其重量的管件的其它损坏，这也能够被识别。

在某些实施例中，本文描述的系统、装置和方法测量指示管件规格的参数，比如，例如，管件的长度或重量。其也可以通过直接测量，比如通过使用检测管件的重量的传感器来进行这个测量；或者可以通过间接测量，比如通过检测管件的端部的位置并且基于距恒定的已知或所计算的定位的距离计算长度来进行这个测量。

涉及特定管件的规格特性的所获得的信息可以在数据库中被存储和进行跟踪并且可以用于形成长度、重量或其它管件规格特性的变化的历史记录。该信息能够是在先前使用期间施加到管件的应力的指示并且可以用于预测或估计特定管件的剩余使用寿命。在使用寿命被预测的情况下，该信息也能够用于确定管件是否可在钻柱的高应力定位中安全地使用，或者管件是否应该被保留用于钻柱的较低应力定位，且最终是，管件是否由于其正接近其使用寿命的尽头而应被丢弃或再循环。该信息可以作为管的管理计划的一部分使用，该管的管理计划可用于延长管件的使用寿命时间并且可以通过延长某些钻井消耗品的寿命来降低成本而不增加昂贵失效的危险，特别是井下失效的危险。

图1-5示出了本公开的系统100，其中图1-4示出了整体系统的不同方面且图5示出了识别系统100的操作系统的示例性元件的框图。将首先参考图1描述系统100。在某些示例中，尽管较大和较小的钻机被考虑，但是系统100可形成具有约35×35英尺的钻台(drillfloor)尺寸的移动式钻井钻机的一部分。在某些实施例中，钻机小于约1600平方英尺。在其它实施例中，钻机小于约1200平方英尺。在某些实施例中，本文公开的系统100允许在尺寸有限的钻机上使用排放架装置。

在图1中示出的系统100包括：钻机101，该钻机101带有基于钻机的结构；和支撑件102；以及排放架装置104，排放架装置104在基于钻机的结构和支撑件102上操作。例如，基于钻机的结构和支撑件102包括例如井架106、指板108、排放架滑架轨道结构110和进入钻井钻机101中的v门120。v门120被布置用以接收被引入到钻机101中的管件或立根。指板108包括指板框架126，指板框架126支撑和承载指状件(未示出)，指状件在其间限定用于接收管件立根的开口。排放架装置104可以从示出的位置朝向井架106移动并且可以使管件在v门120、指板108和井中心116或在钻机101周围布置的其它定位(比如离线鼠孔(mouseholes))之间转移。在该实施例中，井架106布置在井中心116上方和周围并且支撑钻井系统的多个钻井部件，此处示出为沿着支撑柱125布置的且可移动的顶部驱动器124及其部件。其它钻井部件也被考虑。还应注意，柱排放架可以利用离线停放系统集成在跳水板/指板下方，该离线停放系统如在2014年5月16日提交的题为“parkingsystemforpiperackeronadrillingrig(用于钻井钻机上的管排放架的停放系统)”的美国专利申请14/279,986中进行了描述。

仍参考图1，排放架装置104包括排放架上驱动滑架140、模块化排放架升降机142、下驱动滑架144、上柱驱动器146和排放架支撑柱148。钻管立根150在图1中示出并且可以通过基于钻机的结构和支撑件102上的排放架装置104转移到指板108内和指板108外，以及转移到井中心116内或井中心116外。

排放架支撑柱148可以由单个梁或结合在一起的多个梁形成。在某些实施例中，排放架支撑柱148是结构支撑件，柱驱动器146可以沿着该结构支撑件在辊子、滑动垫或其它元件上向上或向下移动。

在某些示例性实施例中，上驱动滑架140被构造用以使排放架支撑柱148的上部沿着排放架滑架轨道结构110移动。上驱动滑架140可包括辊子、滑动垫或便于其在井架106下方在v门120和井中心116之间与排放架装置104一起移动的其它结构，所述其它结构是排放架装置104的一部分。在某些实施例中，上驱动滑架140是驱动排放架装置104沿着被形成以容纳排放架装置104的通道穿过指板108的链条结构的一部分。此外，上驱动滑架140可以与排放架升降机142协作或可包括排放架升降机142并且可以构造用以操作排放架升降机142，以沿着排放架支撑柱148升高和降低上柱驱动器146。也就是说，排放架升降机142可以与上驱动滑架140操作接合并且可以被上驱动滑架140驱动。其在竖直方向上沿着排放架支撑柱148向上或向下移动上柱驱动器146。

下驱动滑架144和上柱驱动器146协作，以操纵管件和/或立根。在该实施例中，下驱动滑架144包括驱动系统，该驱动系统允许下驱动滑架144沿着钻台位移。在某些实施例中，这沿着导轨、轨道或其它限定路径发生。上柱驱动器146和下驱动滑架144分别包括排放架臂，此处称为下管件对接元件154和上管件对接元件156。每一个包括操纵臂158和夹紧头160。夹紧头160可以被设定尺寸和成形，用以打开和关闭，以抓住或保持管材，比如管件或立根。操纵臂158可以朝向和离开排放架支撑柱148移动夹紧头160。这些上管件对接元件156和下管件对接元件154被构造成伸出，以将钻管立根插入指板108中或将钻管立根从指板108移除。也就是说，上管件对接元件156和下管件对接元件154从排放架支撑柱148向外延伸，以夹持到在指板108中的钻管立根上或以其它方式固定在指板108中的钻管立根或者将钻管立根放置在指板中。此外，上管件对接元件156和下管件对接元件154被构造成伸出，以接收通过v门120被引入到钻机的管件并且将管件或立根从v门120或指板108运载到井中心116，以用于切换(hand-off)到钻井元件，比如顶部驱动器124。如上面表示的那样，柱驱动器146可以沿着排放架支撑柱148向上和向下竖直地移动。在某些方面，其由升降机142操作。

钻机控制系统161控制排放架装置104及其它钻机部件，同时还与围绕钻机101布置的传感器通信。钻机控制系统161可以评估来自传感器的数据，评估各个单独管件或立根的磨损状态，并且可以提出关于管件的验证的建议，以用于作为钻井操作的一部分的特定应用。在某些实施例中，钻机控制系统161可以布置在钻机101上，比如在钻工的机舱中，可以布置在离开钻机101的控制卡车中，或者可以布置在钻井现场周围的别的地方。在某些实施例中，钻机控制系统161远离钻现场布置，比如在远离钻井现场的中心钻井监视设施中。

过道162形成钻机系统100的一部分并且可以直接附接到钻机101或邻近钻井钻机101布置。过道162允许将钻井装备且特别是管件或立根引入到钻井钻机101的v门120。在某些实施例中，过道162是简单的实体坡道，管件可以沿着该坡道被推动或拉动，直到管件能够被排放架装置104的上管件对接元件106抓住或固定为止。在其它实施例中，过道162形成有输送机结构，比如皮带驱动输送机，其帮助朝向或离开钻井钻机推进管件。其它实施例包括摩擦减少元件，比如辊子、轴承或使管件能够沿着过道朝向或离开v门120推进的其它结构。应注意，在陆上钻机利用过道的情况下，海上钻机利用输送机将管件从管甲板运输到钻台。因此，应理解，如所描述的用于陆上钻机的发明也能够用于海上钻机。

该实施例还包括围绕钻井钻机结构布置的感测装置170(图5)，该感测装置170检测管件或立根的方面。这些所感测的方面代表可以用于确定管件的规格特性的信息，比如例如可用于验证管件的技术规格的长度和重量。在本文描述的实施例中，感测装置170包括长度感测装置和重量感测装置。例如，长度感测装置可用于检查或确认管件的总长度、基于工具接头定位来检查或确认管件的有效长度和/或螺纹销连接器的长度。如本文所使用的，管件的总长度是从管件的一端到另一端的长度。管件的有效长度是不带螺纹销连接器长度的管件的长度。相应地，有效长度和螺纹销连接器长度的总和长度等于总长度。重量感测装置可以用于检查或确认管件的重量。

感测装置170被内置在上述和图1中示出的结构中或添加在该结构上，并且在至少某些实施例中，被构造用以检测或感测运行下的管件的方面。因此，系统可以在将管件引入到钻机101、提升管件、操纵管件或采取其它动作的操作的正常过程中检测管件的方面。如本文使用的，检测运行时的测量包含以下情形，其中诸如排放架装置104的元件暂停一时刻，以允许检测在相对静态状况下发生，从而改善精度。检测运行时的方面还包括检测或计算测量，比如例如管件在运动中的情况下实时在管件的端部之间的距离。例如，这可以通过在操纵过程期间计算停止板之间的距离来实现，甚至当排放架装置104承载管件时，停止板可以形成排放架装置104的一部分。

感测装置170包括可以由变换器、编码器或其它元件形成的一个或多个传感器，其能够输出代表管件的方面的信号，比如定位、位置或可测量规格，比如管件或管件的一部分的长度或重量。

图2更详细地显示了过道162并且过道162承载了示例性管件。过道包括主体180、滑座(skate)182、动力系统184和构成感测装置170的多个传感器。主体180被构造用以当管件被从较低海拔(比如地平面位置或海平面位置)推进到较高海拔(比如钻井钻机101的v门120)时承载或支撑管件。主体180还在管件从钻机移动到较低海拔时支撑管件。自然地，依赖于需要，过道可以用于在管件或管件构成的立根沿着主体180输送到与海拔无关的任何期望定位时支撑管件或管件构成的立根。主体180包括上表面189，该上表面189布置成直接地接触或承载管件。在图2中，示例性管件由附图标记186参照。依赖于实施例，支撑管件186的上表面189可以被固定到位，或者可以在过道162的纵向方向上移动。例如，当上表面189被固定时，管件186随着其沿着过道162移动而沿着该表面滑动。当上表面189移动时，管件可以由输送机(比如皮带、轨道或链条)承载，并且上表面189可以由输送机(比如皮带、轨道或链条)形成，该输送机(比如皮带、轨道或链条)可以沿着过道162的长度输送管件186。某些实施例具有处在上表面189中的沟槽、凹陷或通道，在管件186沿着过道162朝向或离开钻井钻机101的v门120前进时，该沟槽、凹陷或通道可以引导管件186。

滑座182连接到动力系统184并且由动力系统184驱动。滑座182在纵向方向上沿着上表面189移动并且提供使管件186沿着过道162前进或当管件沿着输送机向上移动时支撑管件186所需的力。相应地，在使用中，管件186抵靠滑座182并且当管件沿着过道162纵向地前进时由滑座182移动。相应地，滑座182是当管件在向上或向下方向上沿着过道162移动时用于管件186的某些重量的支撑并且承载管件186的某些重量。动力系统184可以是驱动链条、皮带或其它系统以驱动滑座182的马达。

构成过道186上的感测装置170的多个传感器布置用以通过检测管件端部的定位并且检测工具接头肩部的定位来检测或感测管件186的位置。如下面进一步描述的，这些传感器与被构造用以基于所感测的信息计算与管件184有关的长度或其它信息的管验证系统通信。为了便于参考和理解，图2中的管件186包括底端190、顶端192、顶端工具接头肩部193、主体194、螺纹销连接器196和在螺纹销连接器196和主体194之间的工具接头肩部198。管件186包括总长度l1、有效长度l2和螺纹销连接器长度l3。工具接头包括在上盒连接(阴型连接)上的顶端工具接头肩部193和销连接器(阳型连接)的下工具接头肩部198两者。

仍参考图2，构成感测装置170的传感器包括底端传感器200、顶端传感器202、工具接头传感器204和重量传感器206。底端传感器200被布置和构造用以当管件186沿着过道162移动并且穿过v门120时识别管件186的方面(在该情形中是管件186的底端190)。在某些实施例中，底端传感器200通过检测或识别底端190的实际定位来进行这个工作。在其它实施例中，底端传感器200通过检测或识别滑座182的位置来进行这个工作，滑座182抵靠且提供管件186的底端190的已知定位。在某些实施例中，底端传感器200是布置用以检测底端190的定位的存在或滑座182的定位的存在的一系列传感器，其中从滑座182到底端190的距离也是已知的。在其它实施例中，底端传感器200是编码器，比如基于在滑座182或其它移动元件上承载或者沿着过道162的长度布置的标度(scale)检测位置的线性编码器。在某些实施例中，底端传感器200是当管件186的底端190经过时发信号的接近传感器。在又一实施例中，底端传感器200是因为负载改变而识别管件186的底端190的定位的负载单元(loadcell)。能够在管件186沿着过道162前进或布置在过道162上时识别管件186的底端190的其它感测装置也被考虑。在某些实施例中，底端传感器200是其中滑座182被停止在或经过指示管件186的底端190的已知位置的底端传感器。

顶端传感器202被布置和构造用以当管件186沿着过道162移动并经过v门120时识别管件186的方面(在此情形中是管件186的顶端192)。在某些实施例中，顶端传感器202通过检测或识别顶端192的实际定位来进行这个工作。在其它实施例中，顶端传感器202通过检测或识别与顶端192相关联的参考元件的位置或距顶端192的已知距离来进行这个工作。在某些实施例中，顶端传感器202是布置用以检测顶端192的定位的存在的一系列传感器。在某些实施例中，顶端传感器202是当管件186的顶端192经过时发信号的接近传感器。在又一实施例中，顶端传感器202是因为负载改变而识别管件186的顶端192的定位的负载单元。能够在管件186沿着过道162前进或布置在过道162上时识别管件186的顶端192的其它感测装置也被考虑。在某些实施例中，顶端传感器202是其中顶端192被停止在或经过已知位置(比如过道162的端部)的顶端传感器。

工具接头传感器204被布置和构造用以识别管件的方面(在此情形中是管件186的工具接头肩部198)，以直接地或间接地确定螺纹销连接器长度l3。工具接头传感器204可以通过当管件186沿着过道162移动时感测管件186的工具接头肩部198的位置来进行这个工作。依赖于实施例，工具接头传感器204可以布置在主体180、滑座182或者在过道162上的别的地方。在图2中，工具接头传感器204被承载在滑座182上。在该实施例中，滑座182可以构造用以接收管件186的螺纹销连接器196的全部或一部分，并且工具接头传感器204可以沿着螺纹销连接器196布置，以直接地或间接地识别工具接头肩部198的定位。当布置在主体180上时，工具接头传感器204可以检测或识别工具接头肩部198的实际定位。在其它实施例中，工具接头传感器204通过检测或识别与工具接头肩部198相关联的参考元件的位置或距工具接头肩部198的已知距离来进行这个工作。

重量传感器206被布置和构造用以感测或测量过道162上的管件186的重量方面。这提供了涉及磨损、管件厚度和管件强度的信息。因此，通过暴露于研磨性材料而磨损的管件可以通过它们的质量的损失而被识别，并且可能需要用具有较长的剩余使用寿命的管件来替换。

底端传感器200、顶端传感器202、工具接头传感器204和重量传感器206全都与在本文称为管件验证系统的控制系统通信，该管件验证系统将在下面参考图5进行论述。控制系统可以获得由构成感测装置170的多个传感器提供的信息并且计算总长度l1、有效长度l2、螺纹销连接器长度l3和管件重量中的一个或多个。控制系统可以然后将此与所存储的值比较，以确定长度或重量中的任何一个是否在可接受范围外。

图3示出了从过道162接受管件186的排放架装置104的一部分。此处，排放架装置104包括顶端传感器210。在该示例中，顶端传感器210布置在上柱驱动器146的夹紧头160上。顶端传感器可以类似于上面论述的类型的传感器或是上面论述的相同类型的传感器并且可以构造用以检测管件186的顶端的位置。在某些实施例中，顶端传感器210是一种传感器，比如布置在夹紧头160和操纵臂158之间的以及操纵臂158和上柱驱动器146的主体部分之间的接头处的一个或多个编码器，以及构造用以确定上柱驱动器146的高度的传感器。利用来自这些传感器的信息，夹紧头160的定位可以被确定，并且同样地是，管件186的顶端的定位可以被确定。如上面描述的，顶端传感器210可以是当管件186被承载在夹紧头160中时识别管件186的顶端被定位的地方的接近传感器。某些实施例包括作为多个编码器的一部分的顶端传感器210，如上面提到的，所述多个编码器指示排放架装置的不同元件的位置，比如上柱驱动器146、操纵臂158和夹紧头160的位置。

相应地，在图3中示出的示例性实施例中，排放架装置104的顶端传感器210与过道162的底端传感器200和工具接头传感器204协作。这些提供计算总长度l1、有效长度l2和螺纹销连接器长度l3中的一个或多个所需的信息。控制系统可以然后将此与所存储的值比较，以确定长度中的任何一个是否在可接受范围外。

图4示出了承载管件186的管排放架装置104。尽管将参考管件描述图4，但是应该明显的是，系统将也同样对管件构成的立根起作用，以检测长度或重量。在图4中，构成感测装置的多个传感器包括一个或多个顶端传感器210、升降机传感器212、底端传感器214、和工具接头传感器216、以及重量传感器218。

在图4中，排放架装置104布置用以当管件或立根直立或竖直时进行验证测量。在脱扣(tripping)和套管(casing)操作期间，从井眼移除的立根或管件能够通过将立根固定在钻管的肩部下方并且将立根放置在钻台上来验证。利用在排放架升降机142上的升降机传感器212和/或顶端传感器210，系统被构造用以感测管件的方面，比如夹紧头160的高度，且因此管件或立根的顶端192的高度。例如，排放架装置104可以布置用以将管件186或立根的底端190放置在钻井钻机101的底板上并且然后直接地或基于上柱驱动器146、操纵臂158和/或夹紧头160的所检测的位置检测或感测顶端192的定位。利用由传感器检测或感测的底端190的定位或者简单地通过与已知定位(像钻台上的停止板)接触，管件186的高度能够被确定。

在此情形中，顶端传感器210可以如上面描述的，带有一个或一系列传感器，比如通过检测上柱驱动器146、操纵臂158和夹紧头160的位置来检测夹紧头160的位置的旋转编码器。夹紧头160的位置和管件的顶端可以然后从这些输入来计算。其它装置也被考虑。

依赖于实施例，在排放架装置上的底端传感器214可以用于感测管件的方面，作为管件182的底端190的定位。如上面提到的，尽管某些实施例利用已知的位置定位，比如停止板，但是其它实施例利用传感器确定或识别底端190的定位。在一个示例中，底端传感器214用于确认管件与被排放架装置104承载或支撑的管件接触。例如，负载传感器可以用于确定管件底端190搁置在钻机101上的底板上。

工具接头传感器216沿着钻台或沿着下驱动滑架144的夹紧头160布置。因此，在管件186正被承载时或在管件是静止的时，传感器216可以感测管件的方面，比如管件的底端190，并且检测工具接头肩部的定位，如本文参考其它工具接头传感器描述的。

图4示出了布置在夹紧头160上的重量传感器218。重量传感器218构造用以测量或检测管件构成的立根的管件186的重量方面。如上面所示的，这提供涉及磨损、管件厚度和管件强度的信息。因此，通过暴露于研磨性材料而磨损的管件可以通过它们的质量的损失来识别，并且可以用具有较长的剩余使用寿命的管件替换。在示出的实施例中，重量传感器218构造用以当管件从夹紧头160悬挂时检测管件重量。然而，其它装置也被考虑。在可替代的示例中，重量传感器218布置在钻台上或地秤(floorscale)上并且排放架装置104可以将管件186临时放置在秤上或重量传感器218上。用于测量管件的重量的其它装置也被考虑。

图5是示出系统100的某些元件的框图，系统100包括钻机控制系统161、排放架装置104和过道162。在该实施例中，钻机控制系统161控制排放架装置和过道162，并且还在管件和立根被装载或引入到钻井钻机101时或者在它们围绕钻机101操纵时一次一个地验证管件和立根的规格。尽管在上面参考系统100进行了描述，但是钻机控制系统161可以与同本文的段落中描述的那些相比具有不同设置和部件装置的其它钻机系统一起操作。

钻机控制系统161包括管件验证系统242，管件验证系统242构造用以监视和跟踪各个单独管件和立根的规格、标准、磨损和状况。钻机控制系统161可以跟踪和存储可以用于确定管件的规格特性、比如例如可用于验证管件的技术规格的长度和重量的信息。例如，这些规格特性可以包括有效长度、总长度、螺纹销连接器长度、和重量。钻机控制系统161也可以跟踪和存储涉及在先使用、在先施加应力、在钻柱内的在先定位的信息，以及涉及管件或立根上的磨损的其它信息。利用该信息，管件验证系统242评估管件并且确定管件是否满足继续使用或管件是否以某些方式受损(compromised)且必须被进一步检查或丢弃。在某些实施例中，该信息还可以被提供给管件管理系统和更大的资产管理系统，该更大的资产管理系统可以基于特定管件或立根的剩余强度和耐久性分派钻柱内管件的定位和/或指板内的定位。与可以结合管件验证系统使用的示例性管件管理系统和示例性资产管理系统有关的另外的信息可以在2014年2月20日提交的美国专利申请no.14/184,771中发现。在某些实施例中，管件验证系统形成管件管理系统或资产管理系统的一部分。

管件验证系统242包括存储器244、处理器246和操作者界面248。处理器246可以是带有能够执行逻辑功能的功率、输入和输出引脚的集成电路，或者可以是控制执行不同功能的不同部件的控制器。处理器246可以是本领域中已知的任何处理器并且可以包括多个处理器并且可以是由本领域中已知的其它类型的控制器的一部分或者可由本领域中已知的其它类型的控制器形成。

存储器244可以是与处理器246对接的半导体存储器或者能够存储由处理器246存取的信息或指令的任何其它存储器。在一个示例中，处理器246能够向存储器244写入和从存储器244读取。例如，处理器246能够构造用以读取涉及系统操作的数据且将该数据向存储器244写入。处理器246还能够执行其它存储器功能，比如擦除或重写存储器244、检测存储器244何时写满，以及与管理半导体存储器相关联的其它公共功能。在某些方面，存储器244包括用于创建存储管件立根和/或管件立根的构成或分解的管件管理计划的可执行程序、数据、过程和指令。存储器244还可包括用于对从围绕钻机布置的传感器接收的数据作用以验证管件或立根并且确定如由长度或重量的变化确定的先前施加在管件或立根上的磨损或应力的量的可执行程序、数据、过程和指令。在某些实施例中，存储器244包含存储与系统操作、部件数据或其它信息有关的信息的局部存储器和更大的数据库存储器。

操作者界面248允许操作者输入和接收与管件规格、标准、设定有关的信息、或可能是有用的或应该由管件验证系统242考虑的其它信息。这可以包括本领域中已知的任何输入装置和任何输出装置，尤其是包括键盘、鼠标、旋钮、开关和显示屏幕。

管件验证系统242可以靠近或远离钻机控制系统161的其它元件布置。在某些实施例中，管件验证系统242与钻机控制系统的其余部分共享公共的存储器和处理器，使得管件验证系统242和钻机操作系统两者都是在相同的服务器或计算机上操作的过程。在其它实施例中，管件验证系统242远离钻机控制系统161的其它方面定位并且它们可以使用任何网络媒介通信。

在某些实施例中，管件验证系统242接收和存储来自构成围绕钻机101布置(包括在排放架装置104和过道162上)的感测装置170的传感器的信息或数据。管件验证系统242还可以接收和存储与以下有关的信息：特定管件的在先测量；针对管件的具体尺寸、类型或等级来说是新的管件的规格；指示管件可能不适合于在钻柱的特定定位中使用或可能不适合于在钻柱内的任何地方进一步使用的磨损或变形极限或阈值。利用该信息，管件验证系统242可能够接受或拒绝具体管件，并且也可能够提供指示特定管件或立根的使用寿命的估计。例如，存储在管件验证系统242中的信息可以包括与具体管件有关的磨损数据和所施加应力数据。基于该信息，管件验证系统242可以起作用，以用于通过将具体管件分派到与在钻柱中的其它定位相比具有较低应力或磨损的钻柱中的定位来降低具体管件上的应力的量。

钻机控制系统161与钻机系统100上的排放架装置104和/或其它部件通信，以执行排放计划。钻机控制系统161可以传送信号、指令或其它信息，以便以执行排放计划的方式操作排放架装置104。在某些实施例中，钻机控制系统161向排放架升降机142、操纵臂和夹紧头154、156、上驱动滑架140、下驱动滑架144和上柱驱动器146发送信号或控制信号。在钻机控制系统161的控制下，排放架装置104可以操作，以执行钻井计划，可以与过道162一起协作，以将管件接收到钻井钻机101上或者从钻井钻机移除管件，围绕钻机101操纵或移动管件或立根，包括构成立根、分解立根、将管件或立根引入到井中心或者从井中心移除管件或立根。值得注意的是，某些示例性实施例具有与钻机控制系统161协作、形成钻机控制系统161的一部分、钻机控制系统161的或包括钻机控制系统161的集成式钻机控制系统。该系统可以利用井计划输入并且可以控制钻机的部件，比如顶部驱动器、泥浆泵、绞车、钻井工、液压提升机、滑台、固体控制件、动力系统、防碰撞和辅助功能。钻机控制系统和钻机控制系统的集成或协作可以导致具有自主控制能力的全自动钻机。在某些方面，该自动钻机将不需要除具体设定之外的钻工输入并且将允许钻工转变到看管位置，从而确保钻机和控件根据规定的井计划起作用。

管件验证系统242还与顶端传感器210、升降机传感器212、底端传感器214、工具接头传感器216和重量传感器218通信并且接收来自顶端传感器210、升降机传感器212、底端传感器214、工具接头传感器216和重量传感器218的信息。利用来自这些传感器的信息，管件验证系统可以确定管件的当前有效长度、管件的总长度、螺纹销连接器长度和管件的当前重量。该信息可以与存储在存储器244内的在先信息比较，以确定长度或重量的变化并且提供与管件或立根的剩余使用寿命有关的信息。

钻机控制系统161还与钻机系统100的过道162通信。钻机控制系统161可以传送信号、指令或其它信息，以便以期望的方式操作过道162来将管件或立根引入钻机101或从钻机101移除管件或立根。在某些实施例中，钻机控制系统161向动力系统184发送信号或控制信号，该动力系统184可以驱动滑座182(图2)，以使滑座沿着过道162的主体180移动，以将管件或立根移动到钻机上或者将管件或立根从钻机带走。过道162的其它特征也可以通过钻机控制系统被控制，包括诸如提升机、冲头(ram)、致动器、装载器的特征以及过道162的其它特征。

管件验证系统242还与顶端传感器200、底端传感器202和工具接头传感器204通信并且接收来自顶端传感器200、底端传感器202和工具接头传感器204的信息。利用来自这些传感器的信息，管件验证系统可以确定管件的当前有效长度、管件的总长度、螺纹销连接器长度和管件的当前重量。该信息可以与存储在存储器244内的在先信息比较，以确定长度或重量的变化并且提供与管件或立根的剩余使用寿命有关的信息。

尽管作为管件验证系统的一部分示出，但是应注意，许多实施例具有在围绕钻井钻机或在其它定位布置的中间控制器处执行的长度和宽度的总和与计算。

图6是示出了用于验证在钻井操作中使用的管件的示例性方法的流程图。方法可以例如通过包括管件验证系统242的钻机控制系统161执行。方法在302处以管件验证系统接收规格阈值开始。规格阈值是指示管件不再适合于继续使用的管件的极限。在该实施例中，规格极限中的至少一些对应于本文论述的信息，包括有效长度、总长度、螺纹销连接器长度和管件重量。然而，也可以使用其它规格阈值，包括与诱导应力、所使用的次数、在钻柱内的使用定位有关的信息及其它信息。该规格信息可以基于所使用的管件的类型来选择，比如管件模型，或者可以基于管件的历史或其它因素使具体管件个别化。

在304处，钻机控制系统控制过道162，以将管件引入到钻井钻机。这包括将管件接收到过道162上和控制动力系统184朝向钻机推进管件。这样，滑座182朝向管件前进，直到其接合管件的底端190为止。

在306处，管件验证系统控制传感器检测与过道上的管件有关的信息或方面。这可包括激活底端传感器200、顶端传感器202、工具接头传感器204和重量传感器206。底端传感器200可以通过检测底端190的实际定位来直接检测底端190的位置，或者可以通过检测参考的位置(比如滑座182的位置)来间接地检测底端190的位置。在滑座182的位置和尺寸已知的情况下，管件的底端190能够被容易地计算。相应地，甚至在这样的实施例中，管件186的底端190被有效地检测。值得注意的是，在所有实施例中且利用本文论述的所有传感器，它们可以布置成：如果管件的定位或位置基于所检测的信息被计算，则间接地检测管件的位置。在一个实施例中，单个传感器通过确定当管件的相关部分经过传感器时的定位并且通过在测量之间的相关时间期间测量滑座的行程而作为顶端传感器、工具接头传感器和底端传感器操作。

同样，管件验证系统242接收来自顶端传感器202和工具接头传感器204的信息。顶端传感器202检测顶端192的位置并且工具接头传感器204检测工具接头肩部198的位置。传感器的布置及其精度可以使检测能够同时发生，以在不停止管件的移动的情况下提供管件位置的单个实时快照。相应地，管件可以在过道上运行时被测量。在其它实施例中，管件在静态位置中维持足够长的时刻，以获得顶端、底端和管件接头肩部的位置信息。

在某些实施例中，重量传感器206可以测量或确定管件的重量。管件验证系统242接收来自重量传感器206的信息。

在308处，管件验证系统242可以接收来自传感器的被检测信息并且确定实际管件规格，比如长度和重量。这可以通过计算管件的顶端和底端之间的距离以计算总长度而简单地实现。有效长度可以通过简单地从总长度减去螺纹销连接器的长度、或者通过简单地计算工具接头肩部和顶端之间的距离来计算。同样地，螺纹销连接器长度也能够通过从总长度承担有效长度、通过确定工具接头肩部和底端之间的距离而容易地确定。依赖于实施例，重量可以被直接地测量。

在310处，管件验证系统242将实际管件规格与阈值规格比较，以确定管件是否适合于继续使用。如果实际管件规格中的一个超出规格阈值，则管件不适合于继续使用且应被标记成被丢弃，或者在某些实施例中，管件可以被指定为仅在某些应用(比如低应力应用)中使用。举例来说，如果管件的有效长度已经超出长度阈值，则管件可能由于先前所施加的应变而已经被无弹性地屈服。如果应变已超出某一阈值，则管件将具有缩短的使用寿命或其使用寿命将已经到期。这可指示管件的进一步使用将有破坏井下管件的危险，这对于维修将是昂贵的并且造成不必要的钻机停机时间。同样地，如果重量低于阈值，则管件可能已经由于研磨性流体流或其它因素磨损至其不再适合于使用的点。具有比阈值低的总重量的管件可能具有显著的内部磨损，且管件壁可能具有在外部不可见的弱化点或定位。相应地，通过检测重量，可以估计管件的剩余使用寿命。

相应地，在312处，如果实际管件规格中的一个超出管件的规格阈值，则管件验证可以警告钻井操作者或者可以采取其它动作。在某些实施例中，警告钻井操作者包括在显示屏幕上显示警告。其还可以包括视觉指示，比如在过道162上的闪光。其还可以经由扬声器发出可听见的指示，以通知使用者管件应被重新引导到特定应用或被丢弃。在某些实施例中，钻机控制系统可以被构造用以通过从过道移除管件来自动地采取动作。

在314处，如果实际管件规格中的一个没有超出管件的规格阈值，则管件可以被接收到钻井钻机101上并且可以被排放架装置104接受。这可以包括将管件操作到排放架装置104。排放架装置104可以在夹紧头160中接收管件的顶端并且可以从过道162提升管件，使得该管件至少部分地通过顶端被悬挂。

值得注意的是，某些实施例同时利用在排放架装置和过道两者上的传感器来检测管件的特征的位置或者以本文论述的方式测量管件的长度。

如本文描述的，如果先前在过道162处没有感测到重量，则可以在排放架装置104处感测到重量。在316处，在管件被排放架装置104操作的情况下，排放架装置可以使用重量传感器218来检测管件的实际重量。这可以通过从顶端保持管件使得管件从夹紧头160悬挂来实现。在所有重量被操纵臂158和夹紧头160承载的情况下，重量传感器218能够确定管件的实际重量。在其它实施例中，管件可被放置在检测重量的秤或其它传感器上，以便确定管件的重量。

在318处，管件验证系统将实际管件重量与阈值规格的阈值重量比较，以确定管件是否适合于继续使用。如上面指示的，具有比阈值低的总重量的管件可能具有显著的内部磨损，且管件壁可能具有在外部不可见的弱化点或定位。相应地，通过检测重量，可以估计管件的剩余使用寿命。

如果在318处实际管件重量小于管件的阈值重量，则管件可能具有有限的使用寿命并且管件验证系统242在320处以上面论述的方式警告操作者。排放架装置104然后可以在与其它管件分开的定位中排放管件，以存储或可以将管件从钻机完全地移除。

如果在318处实际管件重量不小于管件的阈值重量，则管件可以被排放用于常规使用，最小化对管件可能在井下早期失效或在钻井操作期间早期失效的关注。

尽管图6呈现了用于验证管件被引入到具有过道的钻井钻机的示例性方法，但是图7阐述了在被移动或操作的同时验证钻机上的管件的示例性方法。

图7是可以在管件被引入并且在钻井钻机上之后使用的示例性方法。方法在342处当管件验证系统242接收阈值规格信息时开始。这可以是在图6的步骤302中接收的相同的信息，并且将不在此重申。

在344处，钻机控制系统操作排放架装置104，以便以常规方式操纵管件。这可以包括建立和分解立根，可以包括将立根在指板和井中心之间移动，可以包括将立根建立或引入到钻柱中，且可以包括在立根被从井眼移除之处脱扣和套管操作。

在346处，管件验证系统242利用传感器检测与包括重量和长度的管件有关的信息。这可以包括获得与管件的特征的位置有关的信息，包括在管件的底端、顶端和工具接头肩部之间的定位。这些可以通过顶端传感器210、升降机传感器212、底端传感器214、工具接头传感器216和重量传感器218来检测。在某些实施例中，检测管件的特征的定位在运行时进行，而在其它实施例中，排放架装置在其正常移动期间暂停，以获得位置的静态读数。在某些实施例中，高度可以通过将顶端或底端与已知定位相关联来计算，比如通过将底端搁置在底板上并且然后测量管件的顶端的定位。这然后允许通过获得顶端和底板之间的距离来简单地计算管件的总长度。重量可以以上面参考图6论述的方式通过以下测量：在上驱动滑架140上的重量传感器比如负载单元，或者在上柱驱动器146上别的地方或者在钻机底板上，比如钻机底板上的秤。

在348处，来自传感器的信息在管件验证系统处被接收，该管件验证系统然后计算管件的总长度、管件的有效长度和管件接头的长度。

在350处，管件验证系统242将实际管件规格与阈值规格比较，以确定管件是否适合于继续使用。这进一步在图3中的步骤310中描述。在352，如果实际管件规格中的一个超出管件的规格阈值，则管件验证可以警告钻井操作者或者可以以上面在312处论述的方式采取其它动作。然而，在354处，如果实际管件规格中的一个没有超出管件的规格阈值，则管件在钻井程序中可被利用并且可以被排放、建立、引入到井中心或以其它方式继续使用。

某些实施例在可以允许使用者跟踪和分析特定管件的历史使用或劣化的资产管理函数中存储管件历史。相应地，每次特定管件被存取或使用时，其实际验证规格可以被记录和存储。因此，由任何单个程序或使用引起的程度或磨损能够被跟踪和确定。这可允许使用者更好地预测寿命周期并帮助存货管理且提供可以在最小化钻机系统的停机时间的同时实现有效且高效的钻井的其它优点。

在规格阈值超出可接受阈值的情况下，某些实施例自动地拒绝管件并且用另一管件替换该管件。这允许管操作过程继续，而没有使用者干预。在某些方面，所拒绝的管件然后可以在随后被手动地检查并且如果是可接受的，则被重新引入到管柱。在某些实施例中，自动拒绝和操作在没有使用者干预或通知的情况下发生。

而且，尽管上述方法论述了在将管件引入到钻机的同时检测规格，但是应理解，本发明同样可适用于管件从钻机移除的情形。相应地，当管件被从钻机移除时或者当管件被从井中心移除时，能够使用反向操作来验证管件。

鉴于所有上面的描述和附图，本领域技术人员将容易认识到本公开介绍了钻井钻机设备，该钻井钻机设备包括：排放架装置，该排放架装置在结构上布置用以在钻井钻机上移动管件或立根；过道，该过道在结构上布置用以将管件或立根引入到钻井钻机；和感测装置，该感测装置与排放架装置和过道中的至少一个协作地相关联并且构造用以在管件或立根在钻井钻机处正被操作的同时感测管件或立根的方面并且输出代表管件或立根的方面的信号。钻井钻机设备还包括管件验证系统，管件验证系统构造用以接收通过感测装置获得的管件或立根的被感测方面并且基于被感测方面确定管件或立根的规格特性。

在一方面，规格特性是管件或立根总长度、有效长度、销连接器长度、和管件或立根重量中的一个。在一方面，感测装置包括重量感测装置，重量感测装置构造用以自动地检测管件或立根的重量并且构造用以将重量传送到管件验证系统。在一方面，管件或立根的被感测方面包括管件或立根的至少一端相对于钻井钻机的一部分的位置。在一方面，管件或立根的被感测方面包括排放架装置的一部分或过道的一部分相对于管件或立根的端部的位置。在一方面，感测装置包括集成到过道内的编码器并且指示代表管件或立根的底端相对于过道的位置。在一方面，感测装置包括承载在排放架的排放架臂上的传感器并且构造用以指示代表管件或立根的顶端相对于排放架臂的位置。在一方面，传感器包括多个线性和旋转编码器，所述多个线性和旋转编码器围绕排放架臂布置并且可用于确定排放架臂相对于管件或立根的底端的位置。在一方面，管件验证系统构造用以通过从总管件或立根长度减去销连接器长度来确定有效管件或立根长度。在一方面，管件验证系统包括存储器，管件验证系统构造用以在存储器中接收和存储管件或立根的规格特性，构造用以将规格特性与所存储的阈值规格比较，并且构造用以当规格特性超出所存储的阈值规格时警告操作者。

在另一个示例性方面，本公开涉及钻井钻机设备，该钻井钻机设备包括：排放架装置，排放架装置在结构上布置用以在钻井钻机上移动管件或立根；长度感测装置，长度感测装置与排放架装置协作地相关联并且构造用以在管件或立根与排放架装置操作地相关联时感测管件或立根的位置方面并且输出代表管件或立根的位置方面的信号；和重量感测装置，重量感测装置与排放架装置协作地相关联并且构造用以在管件或立根与排放架装置相关联时感测管件或立根的重量方面并且输出代表管件或立根的重量方面的信号。所述钻井钻机设备还包括管件验证系统，管件验证系统构造用以接收由长度感测装置获得的管件或立根的被感测的位置方面并且基于被感测的位置方面确定指示管件或立根的长度的规格特性。管件验证系统还构造用以接收由重量感测装置获得的管件或立根的被感测的重量方面并且基于被感测的重量方面确定指示管件或立根的重量的规格特性。

在一方面，管件验证系统构造用以将指示长度的规格特性和指示重量的规格特性与所存储的阈值规格比较。在一方面，管件验证系统构造用以当指示长度的规格特性或指示重量的规格特性在所存储的阈值规格外时向系统使用者输出警告。在一方面，钻井钻机设备还包括过道，过道在结构上布置用以将管件或立根引入到钻井钻机。过道包括感测装置，该感测装置构造用以在管件或立根被过道操作的同时感测管件或立根的位置方面并且输出代表管件或立根的位置方面的信号。管件验证系统构造用以接收从过道感测装置输出的信号并且确定指示管件或立根长度的规格特性。在一方面，感测装置包括集成到过道内的编码器并且指示代表过道上的管件或立根的底端的位置。在一方面，管件或立根的被感测的位置方面包括管件或立根的至少一端的相对位置。在一方面，由排放架装置操作的管件或立根的被感测的位置方面包括排放架装置的一部分相对于管件或立根的端部的位置。在一方面，感测装置包括承载在排放架的排放架臂上的传感器并且构造用以指示代表管件或立根的顶端的位置。在一方面，排放架装置包括夹紧机构，夹紧机构构造用以夹紧管件或立根，重量感测装置布置在夹紧机构上。

在另一示例性方面，本公开涉及钻井钻机设备，该钻井钻机设备包括在结构上布置用以将管件或立根向钻井钻机移动的过道并且包括长度感测装置，该长度感测装置与过道协作地相关联并且构造用以在管件或立根与过道操作地相关联时感测管件或立根的位置方面并且输出代表管件或立根的位置方面的信号。所述钻井钻机设备还包括重量感测装置，该重量感测装置与过道协作地相关联并且构造用以当管件或立根与过道操作地相关联时感测管件或立根的重量方面并且输出代表管件或立根的重量方面的信号。钻井钻机设备还包括管件验证系统，该管件验证系统构造用以接收由长度感测装置获得的管件或立根的被感测的位置方面并且基于被感测的位置方面确定指示管件或立根的长度的规格特性。管件验证系统还构造用以接收由重量感测装置获得的管件或立根的被感测的重量方面并且基于被感测的重量方面确定指示管件或立根的重量的规格特性。

在一方面，管件验证系统构造用以将指示长度的规格特性和指示重量的规格特性与所存储的阈值规格比较。在一方面，管件验证系统构造用以当指示长度的规格特性或指示重量的规格特性在所存储的阈值规格外时向系统使用者输出警告。在一方面，长度感测装置包括集成到过道内的编码器并且指示代表过道上的管件或立根的底端的位置。

在又一示例性方面，本公开涉及验证管件或立根的方法，包括：感测支撑在钻井钻机的一部分上的管件或立根的方面的定位或管件或立根的重量；将指示被感测的定位或重量的信息传送到管件验证系统；将所传送的信息与在管件验证系统中的管件或立根验证阈值比较，以确定管件或立根是否满足证明管件或立根在钻井操作中的正当使用的规格标准；以及当管件或立根未能满足规格标准时，通知使用者。

在一方面，方法包括：基于所传送的信息确定管件或立根的规格特性；和将规格特性与管件或立根验证阈值比较。在一方面，感测管件或立根的方面的定位包括感测管件或立根的一部分的第一位置方面和感测管件或立根的一部分的第二位置方面。在一方面，感测第一位置方面包括感测管件或立根的第一端的位置，并且其中感测第二位置方面包括感测管件或立根的第二端的位置。在一方面，传送信息包括将被感测的重量传送到管件验证系统，管件验证系统布置用以将所传送的重量与管件或立根验证重量阈值比较，以确定管件或立根是否满足证明管件或立根在钻井操作中的正当使用的重量标准。

前述内容概述了几个实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本公开的方面。这样的特征可以通过很多等同的替代中的任一个来替换，其中仅某些在此公开。本领域技术人员应理解，他们(她们)可以作为用于设计或修改执行相同目的和/或实现本文引入的实施例的相同优点的其它过程和结构的基础来容易地使用本公开。本领域技术人员还应认识到，这样的等同的构造不偏离本公开的精神和范围。而且，他们(她们)可以在不偏离本公开的精神和范围的情况下在此作出各种改变、替换和替代。

在本公开的末尾处的摘要被提供用以允许读者快速地确定技术公开的本质。应以如下理解提出，摘要将不用于解释或限制权利要求书的范围或意思。