用于检测在油井结构中的管连接件的装置和方法
【专利说明】用于检测在油井结构中的管连接件的装置和方法
【背景技术】
[0001] 1 ?技术领域
[0002] 本发明整体上涉及钻井，并且尤其涉及一种用于在井结构内检测管接头的装置和 方法。
[0003] 2.相关领域的描述
[0004] 在油气生产中，井通过位于井孔内的外部套管被形成并且可以任选地由水泥围 绕。井可以继而包括用于在井中作业或生产的采油管或工具。由于井内的、来自从油气产 层提取的油气的潜在高压，许多类型的关闭阀、套管和其它用于隔离和控制进口的装置，比 如，通过非限制性示例，众所周知的采油树或者不压井钻机。
[0005] 井结构可以包括用于关闭或者另外地根据使用者意愿完全地或部分地密封井口 的关闭阀。特别地，对于这样的阀门的通用设计为管道闸板，该管道闸板使用沿着垂直于井 孔的平面可移动的一对相对的闸板。闸板可以通过活塞等沿着板移动，并且是可操作的以 从井的中央通道移出或者被挤压在一起来密封井。闸板可以是全封型或剪切型以完全地密 封井，或是管道闸板型，其中当两个闸板被挤压在一起时，两个闸板各自包括大小适于管道 经其穿过的半圆孔。这样的管道闸板被普遍地使用在不压井钻机中，以在钻头或采油管周 围密封，以及在管道闸板下方将井与外部环境隔离，同时允许钻头或采油管保持在井内或 被拔出或插入井内。
[0006] 通常油气井存在的一个困难是，难于测定工具或采油管上的接头的位置。这样的 管柱一般由多个通过螺纹连接件被彼此连接的头尾相接的管道形成。传统地，这样的螺纹 连接件被置于各自端部并且设置被强化的管道放大部，从而提供被工具等抓持的更大更强 的管道部分。这样的工具接头比管道其余部分具有更大的截面。不利地，工具接头的这样 放大的直径可能干扰管道闸板的正当操作，当至少一个闸板被设置用于抑制压力时，管道 闸板在这样的工具接头位置或者在拔出或插入管道时试图闭合。这样的事件一般被称为起 钻，其可能造成工具接头被拉动或推动至闭合的管道闸板中从而损坏管道和/或管道闸板 的风险。
【发明内容】
[0007] 根据本发明的第一实施例，公开了一种用于测定井结构内金属物体外径的系统， 该系统包括：能与井结构排成一线连接的筒管，主体具有中心孔和外表面，该中心孔沿着对 应于所述井结构的中心孔的中心轴线穿过主体，所述筒管包括从所述外表面径向向内延伸 的多个盲孔。该系统进一步包括至少一个铁磁体以及至少一个传感器，该铁磁体能够被置 于所述多个盲孔之一中，各个所述铁磁体具有位于其端部的磁体，该传感器与至少一个所 述铁磁体相关，所述至少一个传感器是可操作的，以输出表示位于所述中心孔内的所述金 属物体的直径的信号。
[0008] 所述磁体可以包括稀土磁体。所述磁体可以包括电磁体。所述铁磁体可以包括套 筒。所述铁磁体可以包括实心圆柱体。所述磁体可以位于所述铁磁体的、邻近所述筒管的 中心孔的端部。所述磁体可以位于所述铁磁体的、远离所述筒管的中心孔的端部。
[0009] 所述传感器可以位于所述铁磁体的、邻近所述筒管的中心孔的端部。所述传感器 可以位于所述套筒内。
[0010] 所述筒管可以包括穿过所述筒管平行于所述中心轴线延伸筒管的多个连接孔。所 述盲孔可以位于所述连接孔之间。所述筒管可以由大致非磁性合金形成。所述筒管可以由 镍-铬基合金形成。所述至少一个传感器各自可以包含霍尔效应传感器。
[0011] 至少一对盲孔可以通过桥接杆被彼此连接。第一对所述盲孔可以位于所述主体的 相对侧。所述桥接杆可以包括在所述至少一对盲孔的所述套筒之间延伸的管状元件。所述 桥接杆可以包括在所述至少一对盲孔的所述套筒之间延伸的实心元件。所述桥接杆可以由 铁磁性材料形成。
[0012] 该系统可以进一步包括显示器，该显示器是可操作的，以从所述至少一个传感器 接收所述输出信号，并且为用户显示指示所述中心孔内的所述金属物体的宽度的输出。
[0013] 对于本领域的技术人员，本发明的其他方面和特征，在结合附图阅读本发明实施 例的后续描述后将会变得明显。
【附图说明】
[0014] 在说明本发明的实施例的附图中，类似的附图标记表示在各个视图中的相应部 件。
[0015] 图1是钻井的顶部端部截面图，该钻井具有外部套管和位于其中的采油管，且设 有用于检测管接头位置的装置；
[0016] 图2是根据本发明第一实施例的用于检测管接头位置的装置的立体图；
[0017] 图3是根据本发明的第一实施例的用于检测管接头位置的装置的分解图；
[0018] 图4是图3中的装置沿着线4-4所得的截面图；
[0019] 图5是图3中的装置沿着线5-5所得的截面图；
[0020] 图6是显示输出的示意图，该输出示出了在工具接头被传递通过其时，通过图3中 的装置的传感器产生的电压；
[0021] 图7是可选实施例的用于发送管接头位置的装置沿着线5-5所得的截面图。
【具体实施方式】
[0022] 参考图1，位于土壤地层6的钻井8内的井组件，其由10概括地表示。井组件包括 具有顶部凸缘14的井套管12,顶部凸缘14被固定到管道闸板16或任何其他所需的井口设 备。值得欣赏的是，本装置可以被置于井内的任何位置，且本装置比如为，在非限制性的示 例中，套管、不压井设备、防喷器或任何其它井装置。同样值得欣赏的是，然而为清晰起见， 只有单个管道闸板被显示在图1中，值得欣赏的是，许多装置将包括不止一个井口构件。如 图1中所示，根据本发明的第一实施例，井组件包括由20概括地表示的用于检测管接头的 装置，以及位于其上的一个或多个顶部管道、井构件或其它设备18。生产或工具管柱15位 于套管内并且沿其自身包括多个工具接头17。
[0023] 该装置20检测工具接头17的存在，并且输出信号到显示器80,从而指示用户工具 接头17位于装置20内，以便允许用户使生产或工具管柱15在套管12内前进预定距离，从 而防止一个管道闸板16或其它的井口设备接合在工具接头上。
[0024] 参考图2,装置20包括其中具有多个传感器孔40的主体22,每个传感器孔40均 适于在其中接收套筒和传感器。主体22包括环形或环状的筒管，该筒管分别具有内表面24 和外表面26,并且分别在顶部表面28和底部表面30之间延伸。如图1中所示，内表面24 和外表面26为围绕筒管22的中心轴线32的基本圆柱形。内表面24界定穿过其延伸的中 心通道34,其大小和形状适于对应套管12的内部。如图2和4中所示，顶部和底部表面沿 着垂直于轴线32的平面基本是平坦的，并且任选地可以包括在其周围环形地延伸的密封 槽35,用以容纳密封圈，如现有技术所公知的那样。
[0025] 筒管22包括沿着平行于中心轴线32的轴线穿过筒管在顶部表面28和底部表面 30之间延伸的多个螺栓孔36。螺栓孔36被用于穿过紧固件，比如如图1中所示的穿过螺 栓孔的螺栓38,以根据现有技术所公知的方法，将筒管套筒排成一线地固定到井组件10的 其它构件。
[0026] 筒管22也包括从外表面26延伸进入其中的传感器孔40。如本文所示，传感器孔 40是在筒管内以比从外表面26到内表面24的距离小的距离延伸到底部深度的盲孔。这 样，传感器孔40将在传感器孔40和中心通道34之间的提供在图4中以42概括地表示的 挡壁，从而保持由筒管22提供的密封。根据已知方法，挡壁42可以具有被选择为提供筒管 的足够的爆裂强度的厚度。任选地，传感器孔40可以完全地延伸穿过筒管直至内表面24。 参考图5,螺栓孔36可以绕筒管被等间隔的设置，其中传感器孔在螺栓孔之间的位置延伸 穿过筒管。如图5中所示，然而也可以采用其它的定位，传感器孔40可以沿垂直于中心通 道的轴线32的公共平面围绕中心通道34排列。
[0027] 筒管22可以在顶部表面28和底部表面30之间具有任意的深度，这对于容纳传感 器孔40是必要的。在非限制性的示例中，筒管可以具有在3.5和24英寸（89和610mm)之 间的深度，大约4英寸（102mm)的深度被发现是尤其有益的。另外地，筒管将被选择为具有 对应它被用于的套管12的内通道的内表面24的内径，和为传感器孔40提供足够的深度的 外表面26直径。在实践中发现，大于内径的、在4和12英寸（102和305mm)之间的外径是 有益的。筒管22可以由非磁性材料形成，比如，在非限制性示例中，为镍-铬基合金，例如 由特殊金属公司制造的丨ncon