移动钻井设备高度检测方法及装置与流程

1.本发明涉及石油天然气钻井技术领域，尤其涉及移动钻井设备高度检测方法及装置。


背景技术：

2.在石油天然气(包括页岩气)钻井的起下钻作业中，需要实时监测移动钻井设备顶部驱动钻井装置的高度和吊环状态，防止顶驱吊环碰撞井架二层台以及由此带来的其他严重连带事故。
3.目前常规使用的移动钻井设备高度检测方法是通过绞车滚筒上安装的测速机构计算顶驱高度，或者采用激光测距手段检测移动钻井设备高度，但是这些方法均存在独立机械运动部件或发光部件易老化的问题，影响钻井效率。
4.因此，亟需一种可以克服上述问题的移动钻井设备高度检测方案。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种移动钻井设备高度检测方法，用以检测移动钻井设备高度，提高钻井效率，该方法包括：
6.获得液体密度数据，第一气压测量数据，第二气压测量数据和预设高度数据，所述液体密度数据为胶管内液体的密度数据，所述胶管设置于移动钻井设备和井架的固定点位置之间，胶管的第一端设置在移动钻井设备上，胶管的第二端设置在井架的固定点位置上，所述第一气压测量数据为设置在胶管第一端的无线压力传感器的测量值，所述第二气压测量数据为设置在胶管第二端的无线压力传感器的测量值，所述预设高度数据为井架的固定点位置的高度数据；
7.根据所述液体密度数据，第一气压测量数据，第二气压测量数据和预设高度数据，进行移动钻井设备高度检测。
8.本发明实施例提供一种移动钻井设备高度检测装置，用以检测移动钻井设备高度，提高钻井效率，该装置包括：
9.数据获得模块，用于获得液体密度数据，第一气压测量数据，第二气压测量数据和预设高度数据，所述液体密度数据为胶管内液体的密度数据，所述胶管设置于移动钻井设备和井架的固定点位置之间，胶管的第一端设置在移动钻井设备上，胶管的第二端设置在井架的固定点位置上，所述第一气压测量数据为设置在胶管第一端的无线压力传感器的测量值，所述第二气压测量数据为设置在胶管第二端的无线压力传感器的测量值，所述预设高度数据为井架的固定点位置的高度数据；
10.高度检测模块，用于根据所述液体密度数据，第一气压测量数据，第二气压测量数据和预设高度数据，进行移动钻井设备高度检测。
11.本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述移动钻井设备高度检测方法。
12.本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述移动钻井设备高度检测方法的计算机程序。
13.相比于现有技术中通过绞车滚筒上安装的测速机构计算顶驱高度，或者采用激光测距手段检测移动钻井设备高度的方案而言，本发明实施例通过获得液体密度数据，第一气压测量数据，第二气压测量数据和预设高度数据，所述液体密度数据为胶管内液体的密度数据，所述胶管设置于移动钻井设备和井架的固定点位置之间，胶管的第一端设置在移动钻井设备上，胶管的第二端设置在井架的固定点位置上，所述第一气压测量数据为设置在胶管第一端的无线压力传感器的测量值，所述第二气压测量数据为设置在胶管第二端的无线压力传感器的测量值，所述预设高度数据为井架的固定点位置的高度数据；根据所述液体密度数据，第一气压测量数据，第二气压测量数据和预设高度数据，进行移动钻井设备高度检测。本发明实施例利用了压差原理，移动钻井设备和井架的固定点位置之间设置胶管，填充已知密度的液体，并在胶管两端设置无线压力传感器进行气压测量，通过气压测量数据、液体密度数据和井架的固定点位置的高度数据可以得到移动钻井设备高度，该方法不存在独立机械运动部件或发光部件易老化的问题，免除现场繁琐安装，两个无线压力传感器共同工作有效避免了天气、海拔等因素对检测数据的影响，从而高效准确检测移动钻井设备实时高度，保证设备操作安全性的同时降低测距装置故障率，提高钻井效率，为后续钻井设备其他操作提供数据支持。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
15.图1为本发明实施例中移动钻井设备高度检测方法示意图；
16.图2～图3为本发明具体实施例中移动钻井设备高度检测方法示意图；
17.图4为本发明实施例中移动钻井设备高度检测装置结构图；
18.图5是本发明实施例的计算机设备结构示意图。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
20.为了检测移动钻井设备高度，提高钻井效率，本发明实施例提供一种移动钻井设备高度检测方法，如图1所示，该方法可以包括：
21.步骤101、获得液体密度数据，第一气压测量数据，第二气压测量数据和预设高度数据，所述液体密度数据为胶管内液体的密度数据，所述胶管设置于移动钻井设备和井架的固定点位置之间，胶管的第一端设置在移动钻井设备上，胶管的第二端设置在井架的固定点位置上，所述第一气压测量数据为设置在胶管第一端的无线压力传感器的测量值，所述第二气压测量数据为设置在胶管第二端的无线压力传感器的测量值，所述预设高度数据
为井架的固定点位置的高度数据；
22.步骤102、根据所述液体密度数据，第一气压测量数据，第二气压测量数据和预设高度数据，进行移动钻井设备高度检测。
23.由图1所示可以得知，本发明实施例通过获得液体密度数据，第一气压测量数据，第二气压测量数据和预设高度数据，所述液体密度数据为胶管内液体的密度数据，所述胶管设置于移动钻井设备和井架的固定点位置之间，胶管的第一端设置在移动钻井设备上，胶管的第二端设置在井架的固定点位置上，所述第一气压测量数据为设置在胶管第一端的无线压力传感器的测量值，所述第二气压测量数据为设置在胶管第二端的无线压力传感器的测量值，所述预设高度数据为井架的固定点位置的高度数据；根据所述液体密度数据，第一气压测量数据，第二气压测量数据和预设高度数据，进行移动钻井设备高度检测。本发明实施例利用了压差原理，移动钻井设备和井架的固定点位置之间设置胶管，填充已知密度的液体，并在胶管两端设置无线压力传感器进行气压测量，通过气压测量数据、液体密度数据和井架的固定点位置的高度数据可以得到移动钻井设备高度，该方法不存在独立机械运动部件或发光部件易老化的问题，免除现场繁琐安装，两个无线压力传感器共同工作有效避免了天气、海拔等因素对检测数据的影响，从而高效准确检测移动钻井设备实时高度，保证设备操作安全性的同时降低测距装置故障率，提高钻井效率，为后续钻井设备其他操作提供数据支持。
24.具体实施时，如图2～图3所示，获得液体密度数据，第一气压测量数据，第二气压测量数据和预设高度数据，所述液体密度数据为胶管内液体的密度数据，所述胶管设置于移动钻井设备和井架的固定点位置之间，胶管的第一端设置在移动钻井设备上，胶管的第二端设置在井架的固定点位置上，所述第一气压测量数据为设置在胶管第一端的无线压力传感器的测量值，所述第二气压测量数据为设置在胶管第二端的无线压力传感器的测量值，所述预设高度数据为井架的固定点位置的高度数据；根据所述液体密度数据，第一气压测量数据，第二气压测量数据和预设高度数据，进行移动钻井设备高度检测。
25.实施例中，根据所述液体密度数据，第一气压测量数据，第二气压测量数据和预设高度数据，进行移动钻井设备高度检测，包括：计算第一气压测量数据与第二气压测量数据的差值；根据所述差值，液体密度数据，重力加速度值和预设高度数据，进行移动钻井设备高度检测。
26.本实施例中，可以按如下公式根据液体密度数据，第一气压测量数据，第二气压测量数据和预设高度数据，进行移动钻井设备高度检测：
[0027][0028]
其中，h
x
为移动钻井设备高度数据，h1为预设高度数据，p1为第二气压测量数据，p
x
为第一气压测量数据，ρ为液体密度数据，g为重力加速度，取值9.8kg/m3。
[0029]
实施例中，所述移动钻井设备与井架的固定点位置的高度差小于等于设定值。
[0030]
本实施例中，设定值假定为25米。无线压力传感器置于胶管端部，受胶管内液体压强和胶管外气体压强共同作用，误差来源于胶管外气体压强随海拔高度的变化。
[0031]
液体压强与高度关系，由公式p＝ρgh得：
[0032][0033]
其中，h
x
为移动钻井设备高度数据，h1为预设高度数据，p1为第二气压测量数据，p
x
为第一气压测量数据，ρ为液体密度数据，g为重力加速度，取值9.8kg/m3。胶管外气体压强由传感器所在海拔高度决定，由大气压力和海拔高度关系的普遍公式：
[0034]
ps
x
＝ps0×
(1-2.252
×
10-5hx
)
5.264
[0035]
其中，ps
x
为胶管的第一端的大气压力，ps0为一个标准大气压力值(0℃，101.325kpa)。而钻井作业中，移动钻井设备上下运动行程一般不超过50米，移动钻井设备与井架的固定点位置(二层台)高度差不大于25米，即δh
max
＝(h
x-h1)
max
＝25。误差最大时：h
x-h1＝25，即胶管外气体压强差值为：
[0036][0037][0038]
此时，假设胶管内液体密度为103kg/m3，则h
误差
的变化趋势如表1所示。
[0039]
表1
[0040][0041]
综上，当移动钻井设备与井架的固定点位置(二层台)高度差不大于25米、待测移动设备海拔高度精确度仅需保证小于0.00306米时，可以认为本发明实施例中压强差值与海拔差值满足线性变化，得到移动钻井设备高度检测公式：
[0042][0043]
其中，h
x
为移动钻井设备高度数据，h1为预设高度数据，p1为第二气压测量数据，p
x
为第一气压测量数据，ρ为液体密度数据，g为重力加速度，取值9.8kg/m3。
[0044]
在实际应用过程中，ρ为可选已知参数、h1预设高度数据为井架的结构参数，均为已知值，仅需测量一个p1第二气压测量数据和p
x
第一气压测量数据即可计算得出误差小于0.00306米的海拔高度。
[0045]
实施例中，所述预设高度数据为井架的固定点位置的高度数据，包括：所述预设高度数据为井架的固定点位置距钻台面的海拔高度数据。
[0046]
本实施例中，移动钻井设备高度数据为移动钻井设备距钻台面的海拔高度数据。
[0047]
实施例中，胶管内部注满已知密度液体，两端分别设置无线压力传感器，然后将胶管密封，胶管随移动钻井设备电缆或液压管线安装于井架和顶驱本体之间，数据运算软件可以依托于任一地面操作系统或者独立计算机。
[0048]
本发明实施例与通常气压计检测高度相比，该检测方法的主要特征是：两个气压传感器共同工作，避免了天气、海拔等因素对检测数据的影响；且两个气压传感器，高度差较小，可以默认移动设备高度与气压检测数据满足线性规律。胶管与两无线压力传感器构成的检测装置可内置于移动设备高度管缆内，免除现场繁琐安装，部件不易磨损、老化，使用过程中两个个气压传感器共同工作，避免了天气、海拔等因素对检测数据的影响，从而高效、准确的检测移动钻井设备实时高度，为后续钻井设备其他操作提供数据支持。
[0049]
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种移动钻井设备高度检测装置，如下面的实施例所述。由于这些解决问题的原理与移动钻井设备高度检测方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
[0050]
图4为本发明实施例中移动钻井设备高度检测装置的结构图，如图4所示，该装置包括：
[0051]
数据获得模块401，用于获得液体密度数据，第一气压测量数据，第二气压测量数据和预设高度数据，所述液体密度数据为胶管内液体的密度数据，所述胶管设置于移动钻井设备和井架的固定点位置之间，胶管的第一端设置在移动钻井设备上，胶管的第二端设置在井架的固定点位置上，所述第一气压测量数据为设置在胶管第一端的无线压力传感器的测量值，所述第二气压测量数据为设置在胶管第二端的无线压力传感器的测量值，所述预设高度数据为井架的固定点位置的高度数据；
[0052]
高度检测模块402，用于根据所述液体密度数据，第一气压测量数据，第二气压测量数据和预设高度数据，进行移动钻井设备高度检测。
[0053]
一个实施例中，高度检测模块402进一步用于：
[0054]
计算第一气压测量数据与第二气压测量数据的差值；
[0055]
根据所述差值，液体密度数据，重力加速度值和预设高度数据，进行移动钻井设备高度检测。
[0056]
一个实施例中，所述移动钻井设备与井架的固定点位置的高度差小于等于设定值。
[0057]
一个实施例中，所述预设高度数据为井架的固定点位置的高度数据，包括：所述预设高度数据为井架的固定点位置距钻台面的海拔高度数据。
[0058]
综上所述，本发明实施例通过获得液体密度数据，第一气压测量数据，第二气压测量数据和预设高度数据，所述液体密度数据为胶管内液体的密度数据，所述胶管设置于移动钻井设备和井架的固定点位置之间，胶管的第一端设置在移动钻井设备上，胶管的第二端设置在井架的固定点位置上，所述第一气压测量数据为设置在胶管第一端的无线压力传感器的测量值，所述第二气压测量数据为设置在胶管第二端的无线压力传感器的测量值，所述预设高度数据为井架的固定点位置的高度数据；根据所述液体密度数据，第一气压测量数据，第二气压测量数据和预设高度数据，进行移动钻井设备高度检测。本发明实施例利用了压差原理，移动钻井设备和井架的固定点位置之间设置胶管，填充已知密度的液体，并在胶管两端设置无线压力传感器进行气压测量，通过气压测量数据、液体密度数据和井架的固定点位置的高度数据可以得到移动钻井设备高度，该方法不存在独立机械运动部件或发光部件易老化的问题，免除现场繁琐安装，两个无线压力传感器共同工作有效避免了天气、海拔等因素对检测数据的影响，从而高效准确检测移动钻井设备实时高度，保证设备操
作安全性的同时降低测距装置故障率，提高钻井效率，为后续钻井设备其他操作提供数据支持。
[0059]
基于前述发明构思，如图5所示，本发明还提出了一种计算机设备500，包括存储器510、处理器520及存储在存储器510上并可在处理器520上运行的计算机程序530，所述处理器520执行所述计算机程序530时实现前述移动钻井设备高度检测方法。
[0060]
基于前述发明构思，本发明提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述移动钻井设备高度检测方法。
[0061]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0062]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0063]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0064]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0065]
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。