[发明专利]闸板防喷器位置感测器

说明书

本申请是申请号为200880005319.6、申请日为2008年02月13日、名称为“闸板防喷器位置感测器”的专利申请的分案申请日。

技术领域

本文公开的实施例总体上涉及闸板防喷器的仪器。更具体地，本文公开的实施例涉及闸板防喷器中闸板的位置，速度和运动率的直接测量。

背景技术

井控是油气勘探的一个重要方面。例如，当钻井时，安全设备必须放置到位以防止与钻井活动有关的意外事件引起的人员受伤和装置受损。

钻井过程包括穿透各种地下的地质结构或“层”。有时候井眼会穿透形成压强大致高于井眼保持压强的层中。当这种情况发生时，这口井就被称作是发生了“井涌”。形成的流体（可以是液体、气体或两者的混合）流入井眼通常会造成压强增大并伴随有井涌。较高压强的井涌会从井眼的进入点沿井孔向上（从高压区向低压区）传播。如果允许井涌传播到地表面，钻井流体、井具及其他钻井设备就会被喷出井眼。这种“井喷”会对钻井装置（例如包括钻机）造成严重的损坏或导致钻井人员的伤亡。

由于有井喷的危险，因此在地表面或深水钻井装备海底的井口以上安装已知为防喷器的设备，以便于有效地密封井眼直到可进行有效措施来控制井涌。防喷器可以被启动使得井涌被充分控制并使其从系统中“向外循环”。有几种类型的防喷器，其中最为常用的是闸板防喷器与环形防喷器（包括球形防喷器）。

闸板防喷器典型地具有本体和至少一对水平相对的罩盖。罩盖通常通过围绕其周边的例如螺栓固定到本体上。可替换地，罩盖可通过铰链和螺栓固定到本体上，使得罩盖可被转动到一侧进行维护。每个罩盖的内部是活塞驱动的闸板。闸板可以是管式闸板（启动时，运动到与钻管和井具接合并包围钻管和井具以密封井眼），或剪切闸板（启动时，运动到与井眼内的任何钻管或井具接合并对其进行物理剪切）。或是全封闭闸板（启动时，像闸门阀一样封闭井孔）。闸板典型地彼此相对定位，无论是管式闸板，剪切闸板或是全封闭闸板，闸板典型地在井眼中心附近相互贴靠进行密封，从而完全密封住井眼。

闸板大体上由钢构成并在密封表面上设有弹性部件。闸板块（ram block）可用于允许其密封井眼的各种构造。管式闸板典型地在中间具有对应于孔洞中的管直径的圆形开口,从而当管在孔洞中时密封住井；然而，这些管式闸板只能有效密封有限范围的管直径。可变井孔闸板被设计用于密封更大范围的管道直径。各种闸板块还可在防喷器中更换，以允许井操作者为特定孔洞部分或正在进行的工作优化防喷器构造。闸板式防喷器的例子在美国专利No. 6,554,247，No. 6,244,560，No. 5,897,094，No. 5,655,745,和No. 4,647,002中被公开，其中每个专利都通过引用被全文并入本文。

知道井况对于保持井的正常工作和预测将发生问题是非常重要的。通过这些参数，井可被更有效地监测从而可保持安全状况。此外，当检测到不安全状况时，井可手动或自动地适时开始关闭。例如，防喷器腔内的压强和温度传感器可指示或预测不安全的状况。这些和其他信号作为控制信号显示在井操作者使用的控制台上。例如，井操作者可通过调节钻管的转动速度，钻头上的向下压强和钻井液的循环泵而影响井的状况。此外，当希望关闭防喷器闸板时，对于操作者来说准确地知道每个闸板的位置是很有用的。

一种过去采用的发出位于封闭外壳（未必是防喷器壳体）中的部件相对位置的信号指示的设备是电位器式传感器。这种设备采用一个或更多个感测器，该感测器容易磨损并且在恶劣环境下不准确。而且，这种感测器容易从不论是否被跟踪的表面上抬起，这导致了不准备。还有，动力的损失经常导致失真的读数，因为这些设备工作将特殊的转数或导线部段相关的值递增地加或减到之前的值。而且，例如这些的设备是众所周知的较差高速装置。因此，电位测量对于准确确定闸板运动的位置参数是没有用的。此外，电位器式传感器不适用于高速应用，因此电位器式传感器在闸板监测应用中很少使用或不使用。

另外，仅测量中间运动的递增测量装置具有以下固有缺点：当发生动力故障时必须重新设定至基线，以及伴随连续测量产生的没有精确度。

为了提高测量闸板位置的准确度，磁致伸缩感测器被用于监测和/或控制闸板的位置。如通过引用并入的美国专利 No. 5,320,325和No. 5,407,172所描述的，闸板的活塞驱动臂与固定的可磁化波导管平行放置。磁体组件围绕波导管并附接到托架臂，所述托架臂附接到活塞尾部。