钻杆记录系统和方法

摘要

设备和方法自动地记录用于钻机的钻柱杆。钻机包括机架和配置用于在第一纵向位置和第二纵向位置之间纵向位移的旋转驱动器。传感器系统被配置为监视钻机以检测施加以旋转地固定钻柱的夹持力并且检测由旋转驱动器生成的卸扣扭矩、检测生成卸扣扭矩处的旋转驱动器的第一纵向位置以及检测旋转驱动器生成上扣扭矩处的旋转驱动器的第二纵向位置。控制器被配置为防止夹持力的释放，直到检测到上扣扭矩，以及自动地使得能够在检测到上扣扭矩之后释放夹持力，并且相应地，只有当第一个纵向位置和第二纵向位置不同时，更新钻杆记录。

权利要求

1.一种用于自动记录用于钻机的钻柱的钻杆的设备，所述钻机包括机架和旋转驱动器，所述旋转驱动器被配置用于在旋转驱动器的第一纵向位置和旋转驱动器的第二纵向位置之间相对于所述机架纵向位移，所述钻杆记录设备包括：传感器系统，被配置为：

监视所述钻机以检测施加以旋转地固定所述钻柱的夹持力并且检测由所述旋转驱动器生成的卸扣扭矩；

检测生成所述卸扣扭矩处的所述旋转驱动器的第一纵向位置；以及

检测所述旋转驱动器生成上扣扭矩处的所述旋转驱动器的第二纵向位置；以及控制器，被配置为：防止所述夹持力的释放，直到检测到所述上扣扭矩；以及

自动地使得能够在检测到所述上扣扭矩之后释放所述夹持力，并且相应地，只有当所述旋转驱动器的第一纵向位置不同于所述旋转驱动器的第二纵向位置时，更新钻杆记录。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器被配置为只有当所述旋转驱动器的第一纵向位置不同于所述旋转驱动器的第二纵向位置时，并且响应于在所述旋转驱动器生成所述上扣扭矩之后检测到所述夹持力被自动地允许释放，更新所述钻杆记录。

3.根据权利要求1所述的设备，其中：

所述旋转驱动器的第一纵向位置是邻近所述钻柱进入地面的位置的远端位置；并且所述旋转驱动器的第二纵向位置邻近所述旋转驱动器的第一纵向位置，并且与所述第一纵向位置间隔至少等于钻杆的长度的距离。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述控制器被配置为响应于所述旋转驱动器在所述旋转驱动器的第一纵向位置处生成所述卸扣扭矩以及所述旋转驱动器在所述旋转驱动器的第二纵向位置处生成所述上扣扭矩的组合步骤，增加所述钻杆记录一个计数。

5.根据权利要求3所述的设备，其中所述控制器被配置为响应于所述旋转驱动器在所述旋转驱动器的第二纵向位置处生成所述卸扣扭矩以及所述旋转驱动器在所述旋转驱动器的第一纵向位置处生成所述上扣扭矩的组合步骤，减少所述钻杆记录一个计数。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器被配置为：

防止所述夹持力的释放直到所述旋转驱动器生成上扣扭矩；

检测所述旋转驱动器的所述第二纵向位置，在所述第二纵向位置处由所述旋转驱动器生成的扭矩达到预定上扣扭矩；以及在所述旋转驱动器生成所述上扣扭矩之后自动地允许所述夹持力的释放，并且相应地，如果所述旋转驱动器的第一纵向位置不同于所述旋转驱动器的第二纵向位置，则更新所述钻杆记录。

7.根据权利要求1所述的设备，进一步包括耦合到所述控制器的用户界面，所述用户界面被配置为生成所述钻杆记录的变化的可人类感知的指示。

8.根据权利要求1所述的设备，进一步包括耦合到所述控制器的用户界面，所述用户界面被配置为生成杆记录显示和由所述旋转驱动器在杆上紧方向上生成的扭矩的扭矩显示或者可听指示。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器被配置为在自动地使得能够响应于操作员动作释放所述夹持力之后，释放所述夹持力。

10.一种自动记录用于钻机的钻杆的方法，所述方法包括：

监视所述钻机以检测施加以固定钻柱的夹持力并且检测由旋转驱动器生成的卸扣扭矩；

检测施加所述夹持力并且生成所述卸扣扭矩处的所述旋转驱动器的第一纵向位置；

防止所述夹持力的释放，直到由所述旋转驱动器生成上扣扭矩；

检测所述旋转驱动器生成所述上扣扭矩处的所述旋转驱动器的第二纵向位置；以及在所述旋转驱动器生成所述上扣扭矩之后自动地允许所述夹持力的释放，并且当所述旋转驱动器的第一纵向位置不同于所述旋转驱动器的第二纵向位置时，更新钻杆记录。

11.根据权利要求10所述的方法，其中自动更新所述钻杆记录包括检测所述旋转驱动器在所述旋转驱动器的第一纵向位置和所述旋转驱动器的第二纵向位置中的一个纵向位置处生成所述卸扣扭矩并且所述旋转驱动器在所述旋转驱动器的第一纵向位置和所述旋转驱动器的第二纵向位置中的另一纵向位置处生成所述上扣扭矩。

12.根据权利要求10所述的方法，其中自动地更新所述钻杆记录包括：检测所述旋转驱动器在所述旋转驱动器的第一纵向位置和所述旋转驱动器的第二纵向位置中的一个纵向位置处生成所述卸扣扭矩以及检测所述旋转驱动器在所述旋转驱动器的第一纵向位置和所述旋转驱动器的第二纵向位置中的另一纵向位置处生成所述上扣扭矩；以及检测在所述旋转驱动器生成所述上扣扭矩之后所述夹持力被自动地允许释放。

13.根据权利要求10所述的方法，其中：

所述旋转驱动器的第一纵向位置是邻近所述钻柱进入地面的位置的远端位置；以及所述旋转驱动器的第二纵向位置邻近所述旋转驱动器的第一纵向位置，并且与所述旋转驱动器的第一纵向位置间隔至少等于钻杆的长度的距离。

14.根据权利要求13所述的方法，其中自动地更新所述钻杆记录包括：响应于所述旋转驱动器在所述旋转驱动器的第一纵向位置处生成所述卸扣扭矩以及所述旋转驱动器在所述旋转驱动器的第二纵向位置处生成所述上扣扭矩的组合步骤，增加所述钻杆记录一个计数。

15.根据权利要求13所述的方法，其中自动地更新所述钻杆记录包括：响应于所述旋转驱动器在所述旋转驱动器的第二纵向位置处生成所述卸扣扭矩以及所述旋转驱动器在所述旋转驱动器的第一纵向位置处生成所述上扣扭矩的组合步骤，减少所述钻杆记录一个计数。

16.根据权利要求10所述的方法，进一步包括生成所述钻杆记录的变化的可人类感知的指示。

17.一种自动地记录用于钻机的钻杆的方法，所述方法包括：

检测所述钻机的旋转驱动器在旋转驱动器的第一纵向位置处还是在旋转驱动器的第二纵向位置处；

监视所述钻机以检测卸扣事件和上扣事件；以及

基于检测到所述卸扣事件和所述上扣事件的组合，自动地更新钻杆记录。

18.根据权利要求17所述的方法，其中自动地更新所述钻杆记录是基于检测所述卸扣事件和所述上扣事件的组合以及检测所述卸扣事件和所述上扣事件所发生的位置。

19.根据权利要求17所述的方法，其中自动地更新所述钻杆记录是基于检测所述卸扣事件和所述上扣事件的组合、检测所述卸扣事件和所述上扣事件所发生的位置以及确定所述卸扣事件和所述上扣事件的时间顺序。

20.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

防止施加到钻杆或者钻柱的夹持力的释放，直到所述旋转驱动器生成上扣扭矩；以及自动允许或者使得能够在检测到所述上扣事件之后释放所述夹持力。

21.根据权利要求17所述的方法，进一步包括在自动允许或者使得能够响应于操作员动作释放所述夹持力后，释放所述夹持力。

22.根据权利要求17所述的方法，进一步包括生成所述钻杆记录的变化的可人类感知的指示。

说明书

钻杆记录系统和方法

技术领域

[0001] 本发明的实施例涉及自动记录用于钻机的钻柱的钻杆的设备。

背景技术

[0002] US6550547公开了一种用于自动计数钻机的钻柱的钻杆的装置。

发明内容

[0003] 所述钻机包括机架和旋转驱动器，所述旋转驱动器配置为相对于机架在第一纵向位置和第二纵向位置之间的纵向位移。所述钻杆记录设备包括传感器系统，所述传感器系统配置为监视钻机以检测施加的用以旋转地固定钻柱的夹紧力和检测由旋转驱动器产生的卸扣扭矩，检测卸扣扭矩产生处的旋转驱动器的第一纵向位置，和检测所述旋转驱动器产生上扣扭矩处的旋转驱动器的第二个纵向位置。所述杆记录装置还包括控制器，所述控制器被配置为防止夹紧力的释放，直到检测到上扣扭矩，在检测到上扣扭矩后自动启动夹紧力的释放，并且相应地，只有当所述第一个纵向位置不同于所述第二纵向位置时更新钻杆记录。

[0004] 一些实施例涉及自动记录用于钻机的钻杆的方法。所述方法包括监视钻机以检测施加用以固定钻柱的夹紧力和检测由旋转驱动器产生的卸扣扭矩，检测施加所述夹紧力和卸扣扭矩产生处的旋转驱动器的第一纵向位置，并且防止夹紧力的释放直到所述旋转驱动器产生上扣扭矩。所述方法还包括检测所述旋转驱动器产生上扣扭矩处的旋转驱动器的第二个纵向位置，在所述旋转驱动器产生所述上扣扭矩后自动允许释放所述夹紧力，并且在所述第一纵向位置不同于所述第二纵向位置时更新钻杆记录。

[0005] 其它实施例涉及自动记录用于钻机的钻杆的方法。所述方法包括检测所述钻机的旋转驱动器是位于第一纵向位置还是位于第二纵向位置，监视钻机以检测施加用以固定钻柱的夹紧力和检测由旋转驱动器产生的卸扣扭矩，并且防止夹紧力的释放直到所述旋转驱动器产生上扣扭矩。所述方法还包括在所述旋转驱动器产生所述上扣扭矩后自动允许释放所述夹紧力，并且基于在第一还是第二纵向位置处由旋转驱动器产生所述上扣扭矩来更新钻杆记录。

[0006] 进一步实施例涉及自动记录用于钻机的钻杆的方法。所述方法包括监视钻机以检测施加的用以固定钻柱的夹紧力和检测由旋转驱动器产生的卸扣扭矩，并且检测施加所述夹紧力和卸扣扭矩产生处的旋转驱动器的第一纵向位置。所述方法还包括产生杆记录显示和扭矩显示或在杆上紧方向旋转驱动器所产生的扭矩的声音指示器。所述方法还包括检测扭矩显示或声音扭矩指示器指示已经达到预定上扣扭矩的所述旋转驱动器的第二纵向位置，并且在所述第一个纵向位置不同于所述第二纵向位置时自动更新钻杆记录。

[0007] 一些实施例涉及自动记录用于钻机的钻杆的方法。所述方法包括监视钻机以检测施加的用以固定钻柱的夹紧力和检测由旋转驱动器产生的卸扣扭矩，检测施加所述夹紧力和卸扣扭矩产生处的旋转驱动器的第一纵向位置，并且防止夹紧力的释放直到所述旋转驱动器产生上扣扭矩。所述方法还包括检测所述旋转驱动器产生的扭矩达到预定上扣扭矩时的所述旋转驱动器的第二纵向位置，并且在所述旋转驱动器产生所述上扣扭矩后自动允许释放所述夹紧力，并且相应地在所述第一纵向位置不同于所述第二纵向位置时更新钻杆记录。

[0008] 其它实施例涉及自动记录用于钻机的钻杆的方法。所述方法包括检测所述钻机的旋转驱动器是位于第一纵向位置还是位于第二纵向位置，监视钻机以检测卸扣事件和上扣事件，并且基于检测到卸扣事件和上扣事件的结合自动更新钻杆记录。在一些实施方式中，自动更新钻杆记录是基于检测到卸扣事件和上扣事件的结合和检测到卸扣事件和上扣事件发生的位置。

[0009] 上述发明内容并非旨在于描述每一个披露的实施例或本公开的每一个实施方式。以下的附图和详细说明更特别示例性地说明实施例。

附图说明

[0010] 图1A示出了根据各种实施例的自动记录钻柱的钻杆的系统的各种部件；

[0011] 图1B示出了水平定向钻机，该钻机可以结合根据各种实施例的自动钻杆记录装置和方法；

[0012] 图1C是根据各种实施例的精确记录向钻柱添加的或从钻柱移除的钻杆的系统的各种部件的框图；

[0013] 图2A和2B示出了根据各种实施例的当向钻柱添加钻杆或从钻柱移除钻杆时出现的两个钻机事件；

[0014] 图2C-1和图2C-2示出了根据各种实施例的进行精确的钻杆记录操作的方法；

[0015] 图2D-2G示出了根据其他实施例的进行精确的钻杆记录操作的各种方法；

[0016] 图3-10示出了根据各种实施例的当向钻柱添加钻杆时的钻机的各种状态；

[0017] 图11-22示出了根据各种实施例的当从钻柱移除钻杆时的钻机的各种状态。

[0018] 这些附图并不一定是按照比例。附图中使用的相同附图标记指代相同的部件。但是，应理解的是在某一附图中用一个附图标记指代部件并不旨在于限制另一附图中标有相同附图标记的部件。

具体实施方式

[0019] 在下面的所示的实施例的描述中，参考构成说明书一部分的附图，并在其中以说明的方式示出本发明付诸于实施的各种实施例。应该可以理解的是，可以应用其它实施例，在不脱离本发明范围的情况下可以对结构和功能进行改变。

[0020] 根据本发明的系统、装置或方法可包括本文所描述的一个或多个特征、结构、方法及其组合。例如，可以实施装置和方法以包括以下描述的一个或更多有利特征和/或方法。意图是这种装置或系统不必包括在此描述的所有特征，但是可以实施这种装置或系统以包括提供有用的结构、系统和/或功能性的所选择的特征。

[0021] 本公开的实施例涉及用于精确记录钻柱的钻杆的系统和方法。本公开的实施例涉及仅当钻杆实际分别添加到钻柱或实际从钻柱移除时的精确增加和减少钻杆记录的系统和方法。本公开的钻柱记录方法可用各种不同钻机实施，包括水平定位钻机和垂直钻机。

[0022] 图1A示出了根据各种实施例的自动记录钻柱的钻杆的系统的各种部件。在图1A所示的实施例中，该系统包括控制器101，其中通常包括处理器或其他逻辑设备。根据各种实施例，控制器被耦合到内存103，它被配置以实施钻杆记录逻辑。控制器101通信地耦合到钻机105、钻杆操纵装置107和传感器系统109。钻杆操纵装置107被配置为有助于分别向钻柱添加钻杆或从钻柱移除钻杆，该钻柱包括多个耦合在一起的钻杆。该传感器系统109包括设置在钻杆操纵装置107和钻机105上的各种传感器。传感器系统109的传感器监测系统的各种部件以确定部件状态，从中控制器101可以协调本公开的钻杆记录方法。

[0023] 在一些实施例中，图1A所示的钻机105配置为水平定向钻探。水平定向钻机例如被钻探行业的普通技术人员理解为提供相对较浅(例如，小于大约20-30英尺的深度)且基本水平的通过地下的孔例如以用于道路下的运行设施的定向钻探的的机器。在其他实施例中，图1A所示钻机105配置为垂直钻探，其中可包括垂直定向钻探。与水平定向钻机相对照，垂直定向钻机被钻探行业的普通技术人员理解为提供相对较深(例如，几百或几千英尺)且基本垂直的地下的孔(例如油井和气井)的钻探的机器。虽然本公开在水平定向钻探的情况下描述了各杆记录方法，可以理解的是所述公开的方法可用于垂直钻机的情况中，包括那些具有定向(例如转向)能力的钻机。

[0024] 垂直钻井平台传统上使用在旋转单元上悬挂的配重的测量作为钻柱何时悬挂的指示。所述配重的测量历史上作为用于计算钻杆长度的主要输入。因此，垂直钻井平台没有依赖上扣/卸扣过程去监测杆计数。此外，不同于水平定向钻机，垂直钻机或钻井平台一般包括称为卡瓦的装置，卡瓦是被动器件，一旦安装，其限制给定的钻柱运动。垂直和水平钻井平台的不同会直接影响杆计数逻辑，原因是卡瓦是额外的系统元件，卡瓦不以与虎钳在水平定向钻井平台中所起作用的方式一样与上扣/卸扣过程相互作用。

[0025] 图1B显示了根据各种实施例的水平定向钻探机100。图1B所示的钻机100包括耦合到钻杆操纵装置107的推进装置123。推进装置123包括发动机106和由底盘102支撑的一个或多个液压泵117。轨道驱动器119或其他驱动装置允许钻机100被沿着工地调遣。钻杆操纵装置107包括机架110、支架116和虎钳装置115。支架116被配置为沿机架110纵向位移，并且可以在最靠近底盘102的后部位置和最靠近虎钳装置115的前部位置间纵向行进。支架116支持变速箱108，其中包括配置成转动地耦合钻杆114或从钻杆114脱离的旋转驱动器154。变速箱108和旋转驱动器154利用支架116沿着机架110纵向行进。变速箱108支持或耦合到旋转电动机111和位移电动机113。在一些实施例中，旋转和位移电动机111和113是液压马达。

[0026] 旋转和位移电动机111和113的操作分别通过使用一个或更多传感器例如压力传感器来检测。在一些实施例中，使用一个或多个压力传感器122监测变速箱108的旋转驱动器。变速箱108的纵向位移由一个或更多位置传感器120，126和/或在小齿轮上设置的旋转编码器124监测。压力传感器122，扭矩传感器128或其他传感器(或传感器的组合)提供变速箱108的旋转驱动器154产生的扭矩的指示。应理解的是，一个或多个传感器可以用于直接或间接地测量扭矩(例如，感测可与扭矩相关联的流体压力等参数的传感器)。在一些实施例中，可以建立一个或多个扭矩阈值或限制以便根据各种实施例确定钻杆添加和移除事件的发生和提供钻杆添加到钻柱112和从钻柱112移除钻杆的精确记录，如同钻机100的控制器104所协调的一样。

[0027] 图1C是根据各种实施例的精确记录向钻柱添加的或从钻柱移除的钻杆的系统的各种部件的框图。图1C所示的系统150包括控制器151，该控制器151通信地耦合到很多部件。系统150包括很多设置在钻机上的传感器152，所述传感器监控本公开的钻杆记录方法期间评估的各种系统参数。控制器151通信地耦合到旋转驱动器154，如作为图1B的变速箱108的部分所示的那样。控制器151也通信地耦合到位移驱动器156和虎钳装置115。在一些实施例中，虎钳装置115包括两个独立可控的虎钳，例如上虎钳和下虎钳。根据各种实施例，杆记录方法无需操作员干预完全自动地进行。在一些实施例中，杆记录方法利用操作员的一些干预半自动地进行。在涉及操作员的一些干预的实施方式中，根据各种实施例，用户界面160通信地耦合到控制器151并在杆记录程序中使用。图1C所示系统也可用于实施在此公开的各种杆记录方法。

[0028] 图2A和2B示出了根据各种实施例的当向钻柱添加钻杆和从钻柱移除钻杆时出现的两个钻机事件。本公开的实施例涉及监测这两个事件的出现和时间顺序，这两个在向钻柱添加钻杆和从钻柱移除钻杆时涉及。图2A所示的过程在向钻柱添加钻杆和响应于钻杆的添加增加杆记录时在处理器控制下实施和监测。图2B所示的过程在从钻柱移除钻杆并响应于钻杆的移除减少杆记录时在处理器控制下实施和监测。

[0029] 重大试验后已确定，通过监测两个具体钻机事件(在此称作上扣事件和卸扣事件)和这些事件的协调顺序可实现维持添加到钻柱和从钻柱移除的钻杆的精确计数。上扣扭矩表示将钻杆(或旋转驱动器自身)恰当地连接到钻柱所需的旋转驱动器154产生的预定量的扭矩。卸扣扭矩表示将钻杆(或旋转驱动器自身)从钻柱脱开所需的旋转驱动器200产生的预定量的扭矩。钻探领域的技术人员可进一步理解的是，不应用恰当的上扣扭矩有不利的影响，因为随后的卸扣扭矩是不可预知的。在本公开所示的实施例中，上扣扭矩可通过旋转驱动器200顺时针(CW)方向旋转实现，而卸扣扭矩可以通过旋转带驱动器200逆时针(CCW)方向旋转实现。通过监测这两个钻机事件的发生、顺序和位置，钻机的控制器可以确定钻杆是否以接近绝对的精确度被添加到钻柱或从钻柱移除。

[0030] 根据各种实施例，通过(1)监测旋转驱动器200产生上扣扭矩和卸扣扭矩的机架110的位置和(2)监测上扣扭矩和卸扣扭矩发生的时间顺序，可以实现一种钻机的处理器以准确地确定钻杆是否已被添加到钻柱或从钻柱移除。参照图2A，钻机的处理器通过检测机架110的后部位置(位置2)处旋转驱动器200产生的上扣扭矩的发生，可以自动、准确地确定钻杆已被添加到钻柱，所述后部位置是靠近钻机的推进装置的位置。紧接着这一动作会发生机架110的前部位置(位置1)处旋转驱动器200产生的卸扣扭矩，所述前部位置是靠近钻机的虎钳装置115的位置。参照图2B，钻机的处理器通过检测机架110的后部位置(位置2)处旋转驱动器200产生的卸扣扭矩的发生可以自动、准确地确定钻杆已从钻柱移除，随后发生在前部位置(位置1)处旋转驱动器200产生的上扣扭矩。

[0031] 图2C-1和图2C-2示出了根据各种实施例的执行精确的钻杆记录操作的方法。图2C-1所示实施例涉及检测203钻机的旋转驱动器是否在第一纵向位置或第二纵向位置的步骤。图2C-1所示方法还涉及监测205钻机以检测卸扣事件和上扣事件的步骤。图2C-1所示方法还涉及基于检测卸扣事件和上扣事件的组合自动更新钻杆记录。在一些实施方式中，自动更新钻杆记录是基于检测到卸扣事件和上扣事件的组合和检测到卸扣事件和上扣事件发生的位置。在其它实施方式中，自动更新钻杆记录是基于检测到卸扣事件和上扣事件的组合和检测到卸扣事件和上扣事件发生的位置，以及卸扣事件和上扣事件发生的时间顺序。

[0032] 图2C-2所示实施例包括监测110钻机以检测钻柱的夹紧力并检测钻机的旋转驱动器产生的卸扣扭矩的步骤。图2C-2所示方法还包括检测212施加所述夹紧力和卸扣扭矩产生处的旋转驱动器的第一纵向位置的步骤。图2C-2所示实施例还包括产生214旋转驱动器产生的上扣扭矩然后在所述第一纵向位置不同于所述第二纵向位置时更新钻杆记录的步骤。

[0033] 在一些实施例中，上扣扭矩是由钻机的一个或多个传感器自动检测。例如，可实施涉及钻机的虎钳装置的互锁装置以防止钻杆或钻柱转动直到产生上扣扭矩。检测是否已经产生上扣扭矩可通过比较旋转驱动器产生的扭矩和预定上扣扭矩阈值来确定。可以实施该互锁装置以响应于产生的扭矩达到或超过所述预定上扣扭矩阈值来释放钻杆或钻柱。

[0034] 在一些实施例中，上扣扭矩是由钻机的一个或多个传感器和操作员干预半自动的检测。例如，钻机可包括具有与产生已达到预定上扣扭矩阈值的视觉和/或听觉指示的显示器和/或扬声器的界面。响应于已达到预定上扣扭矩阈值的视觉和/或听觉指示，操作员可以致动释放施加到钻杆或钻柱上的夹紧力的开关或控制器。

[0035] 图2D示出了根据各种实施例的进行精确的钻杆记录操作的方法。图2D所示实施例涉及监测220钻机以检测施加以固定钻柱的夹紧力和检测由钻机的旋转驱动器产生的卸扣扭矩的步骤。图2D所示实施例还涉及检测222当施加所述夹紧力和卸扣扭矩产生处的旋转驱动器的第一纵向位置的步骤。图2D所示方法还涉及防止224夹紧力的释放直到所述旋转驱动器产生上扣扭矩的步骤。所述方法还包括检测226旋转驱动器产生的扭矩达到预定上扣扭矩的所述旋转驱动器的第二纵向位置，并且在所述第一纵向位置不同于所述第二纵向位置时自动更新钻杆记录的步骤。

[0036] 图2E示出了根据本公开的进一步实施例的执行精确的钻杆记录操作的方法。图2E所示实施例涉及检测230所述钻机的旋转驱动器是位于第一纵向位置还是位于第二纵向位置的步骤。图2E所示实施例还涉及监测232钻机以检测施加的以固定钻柱的夹紧力和检测由旋转驱动器产生的卸扣扭矩时的纵向位置(第一或第二位置)的步骤。图2E的方法还涉及防止234夹紧力的释放直到所述旋转驱动器产生上扣扭矩，并基于上扣扭矩是在第一或第二纵向位置由旋转驱动器产生来选择性地增加或减少钻杆记录的步骤。

[0037] 图2F示出了根据本公开的其它实施例的执行精确的钻杆记录操作的方法。图2F所示实施例涉及监测240钻机以检测施加以固定钻柱的夹紧力和检测由钻机的旋转驱动器产生的卸扣扭矩的步骤。图2F的方法还涉及检测242施加所述夹紧力时和卸扣扭矩产生处的旋转驱动器的第一纵向位置的步骤。所述方法还涉及产生244杆记录显示和旋转驱动器所产生的在杆上紧方向的扭矩的扭矩显示(或可听见指示器)。图2F的方法还涉及检测246已经达到预定上扣扭矩的所述旋转驱动器的第二纵向位置的步骤，上扣扭矩的发生在扭矩显示器上和/或通过可听见指示器检测和指示。图2F所示方法还涉及当所述第一纵向位置不同于所述第二纵向位置时自动更新248钻杆记录的步骤。

[0038] 现在转向图2G，其示出了根据本公开的各种实施例的执行精确的钻杆记录操作的方法。根据图2G所示实施例，该方法通过激活虎钳夹252，随后有旋转卸扣事件254的步骤而发动。该激活虎钳夹252和旋转卸扣事件254发生的步骤可包括很多操作253，包括将虎钳装置的前虎钳从开放状态到夹紧状态循环，对泵发送逆时针(CCW)命令，该泵为卸扣旋转和可能的并且合适的话，计时器的到期提供动力。取决于卸扣旋转步骤254发生的机架位置，下一步操作可涉及向钻柱添加钻杆或从钻柱移除钻杆。对于这两个操作的任何一个，可以启动互锁机构使得虎钳不能打开，如步骤255所示，例如直到随后检测到预定上扣扭矩。在一些实施例中，不使用互锁机构，通过操作员干预使得虎钳能够打开。

[0039] 向钻柱添加钻杆涉及当旋转驱动器所安装到的支架位于前部位置256时进行卸扣旋转步骤254，所述前部位置256靠近钻机的虎钳装置。在所述前部位置256进行卸扣旋转步骤254将旋转驱动器从钻柱脱开。等待时段258保证允许支架从所述前部位置256纵向移动到靠近钻机的推动装置的后部位置。值得注意的是，前部位置256与后部位置隔开至少一个钻杆长度的距离。随着支架位于所述后部位置，一个新的钻杆被靠近支架的旋转驱动器定位。进行旋转上扣操作260，造成旋转驱动器和新钻杆之间的旋转耦合。根据使用互锁实施方式的实施例，新钻杆被旋转地固定直到达到预定上扣扭矩。

[0040] 在旋转驱动器产生上扣扭矩260的步骤之后，进行检查以确定支架是否在所述后部位置。如果确定支架确实在所述后部位置262，当前杆记录要增加一个杆计数264；成功的杆计数增加事件的声音或其它指示被指示出280(可选的)；夹持新钻杆的虎钳夹是开放的282；并且在开始250处启动的过程被重复。但是，如果确定支架确实不在所述后部位置266,不会改变杆记录；夹持新钻杆的虎钳夹被开放282；并且在开始250启动的过程被重复。

[0041] 从钻柱移除杆涉及执行卸扣旋转步骤254，其中旋转驱动器被安装到的支架位于后部位置270处。该后部位置270邻近钻机的推进设备。在后部位置270处执行卸扣旋转步骤254将钻杆与旋转驱动器去耦合(现在与钻柱去耦合但仍连接到旋转驱动器)。如由272所指出的，等待周期确保允许支架从后部位置270纵向移动到邻近虎钳装置的前部位置。在支架位于前部位置处的情况下，旋转驱动器被拧到钻柱上。旋转上扣操作274被执行，导致旋转驱动器和钻柱之间的旋转耦合。根据采用互锁实施方式的实施例，旋转驱动器利用增加的扭矩将给定钻杆拧到钻柱上，直到达到预定上扣扭矩。

[0042] 检查以确定在旋转驱动器生成上扣扭矩274之后支架是否在前部位置处。如果确定支架在前部位置276处，则当前杆记录被减少一个杆计数278；成功的杆计数减少的可听见的或者其他指示280可以被指出(可选地)；保持待移除的钻杆的虎钳夹打开(即，虎钳夹打开步骤282)；以及开始250处发起的过程被重复。然而，如果确定支架不在前部位置275处，不对杆记录做出改变，保持待移除的钻杆的虎钳夹被打开，如虎钳夹打开步骤282所指出的，以及开始250处发起的过程被重复。

[0043] 现在转到图3至图22，图示了根据各个实施例的在杆记录操作期间钻机的各种状态。图3-10图示了根据各个实施例的当向钻柱添加钻杆时钻机的各种状态。图11至图22图示了根据各个实施例的从钻柱移除钻杆时钻机的各种状态。

[0044] 图3图示了杆添加操作开始时的初始事件，其中新的钻杆302已经被添加到钻柱308，并且旋转驱动器154(在本文中也一般地称为变速箱)被纵向上推向虎钳装置305，由此将钻柱前进到地中以等于新添加的钻杆302的长度的附加长度。在图3-图22所描绘的实施例中，虎钳装置305包括上虎钳304(偏向钻机的推进设备)和下虎钳306(偏离推进设备)。当将钻柱308纵向推到地中时，添加到钻柱308的最新的杆302前进到新添加的钻杆与下虎钳
306对准的夹持表面处的点，如图4所示。下虎钳306从开放配置到夹持配置进行循环使得新添加的钻杆302被旋转地固定，如图5所示。根据涉及钻杆的“闭锁”的实施例，互锁装置防止下虎钳306从钻杆302的释放，直到诸如旋转驱动器154生成预定上扣扭矩的时间。

[0045] 在钻杆302由下虎钳306旋转地固定的情况下，发生旋转卸扣事件，其中旋转驱动器154位于前部位置处，由此旋转驱动器154反向旋转以打开钻杆302和旋转驱动器154之间的接合。在一些实施例中，并且如图6所示，卸扣事件的完成基于预定时间段(例如，＞2秒，诸如3、4或5秒)的终止，在预定时间段期间旋转驱动器154以逆时针(CCW)方法被驱动。在其他实施例中，旋转驱动器154产生的卸扣扭矩被监视并增加，直到达到大于用于创建钻杆302和旋转驱动器154之间的接合的扭矩的扭矩(例如，上扣扭矩)。在旋转卸扣事件之后，旋转驱动器从钻杆302(现在为钻柱308的一部分)拧下，并且从前部位置纵向移动到后部位置。在旋转驱动器154位于后部位置的情况下，在旋转驱动器154和钻柱302的近端之间产生间隙，如图7所示。间隙具有至少等于并且优选地长于添加到钻柱302的新钻杆700的长度的长度。杆加载器装置702可以被激活以提供对添加到钻柱302的新钻杆700的支撑。杆加载器
702用作将新钻杆700与旋转驱动器154的螺纹和钻柱302的近端的螺纹适当对准。将要理解，杆加载器装置702是可以被包括或者排除的可选部件。一些实施例可以包括杆加载器
702，而其他实施例不包括。其他实施例采用分离的机器用于提升和移动钻杆。总之，杆加载器操作在钻杆计数和更新操作中不起作用。

[0046] 如图7可见，下虎钳306继续在钻柱302的夹持表面上施加夹持压力，由此在杆添加操作期间旋转地固定钻柱302。在新钻杆700经由杆加载器702适当对准的情况下，新钻杆700被拧到旋转驱动器154上，并且拧到钻柱302上，如图8所示。当将新钻杆700拧到钻柱302上时，旋转驱动器154生成扭矩，直到达到预定上扣扭矩，在该点当前杆记录被增加一个杆计数，如图9所示。在上扣扭矩事件的检测之后，下虎钳306从钻柱302解夹持(并且在一些实施例中解闭锁)，其中旋转驱动器154位于后部位置处，如图10所示。

[0047] 如图11所示，当钻柱1102已经由旋转驱动器154拉回到上钻柱1100底部与下虎钳306对准的点时，用于从钻柱移除钻杆的代表性过程开始。如图12可见，下虎钳306从开放配置到夹持配置循环，使得下虎钳306夹到邻近与上钻杆1100的螺纹接合部的钻柱1102的夹持表面上。根据使用互锁装置的实施例，钻柱1102保持由下虎钳306“闭锁”，直到检测到预定的上扣扭矩的时间。如图13所示，在钻柱1102由下虎钳306旋转固定时，上虎钳304用于打开上钻杆1100和钻柱1102之间的下接合部(例如，打开由上虎钳304施加在下结合部上的比用于设置接合部的上扣扭矩更大的扭矩)。旋转驱动器154反向旋转以将上钻杆1100从钻柱
1102中断开连接，如图14所示。

[0048] 图15示出了插入以提供对上钻杆1100的支撑的杆加载器702的臂。杆加载器702在柱移除程序的后续步骤期间提供对上钻杆1100的支撑。注意，杆加载器702的状态通常不影响柱记录程序。如图16所示，在旋转驱动器154位于后部位置的情况下，当上虎钳304夹持钻杆1100的底部并且旋转驱动器154反向旋转指定持续时间(例如，>2秒，诸如3、4或5秒)时，旋转卸扣事件发生。在一些实施例中，扭矩或者压力监控可以可替换地被使用以检测卸扣事件。旋转驱动器154继续反向旋转直到其从钻杆1100拧下，如图17所示。杆加载器702将钻杆1100移回到杆箱中，如图18所示。支架然后纵向移动旋转驱动器154到机架的底部，在此处旋转驱动器154耦合到钻柱1102，钻柱1102已经由下虎钳306旋转固定，如图19所示。在该配置中，下虎钳306可以防止钻柱1102的旋转移动，直到检测到上扣扭矩。

[0049] 如图20所示，旋转驱动器200被拧到钻柱1102的近端上，并且增加施加到接合部的扭矩，直到达到预定上扣扭矩，此时杆记录减少一个杆计数。在减少杆记录一个杆计数之后，下虎钳1102可选地被解闭锁，并且在任何情况下，从钻柱1102松开夹持，如图21所示。现在已经重新建立旋转驱动器154和钻柱1102之间的耦合，钻柱1102可以被拉回到上杆1102的底部与下虎钳306对准的点。在图22中可以看出，上杆1102，示出连接到2200的钻柱的其余部，现在可以被以上文所描述的方式操控以用于从钻柱2200移除上杆1102。

[0050] 本文所讨论的项包括：

[0051] 项1.一种用于自动记录用于钻机的钻柱的钻杆的设备，钻机包括机架和配置用于在第一纵向位置和第二纵向位置之间相对于机架纵向位移的旋转驱动器，钻杆记录设备包括：

[0052] 传感器系统，被配置为：

[0053] 监视钻机以检测施加以旋转地固定钻柱的夹持力并且检测由旋转驱动器生成的卸扣扭矩；

[0054] 检测生成卸扣扭矩处的旋转驱动器的第一纵向位置；以及

[0055] 检测旋转驱动器生成上扣扭矩处的旋转驱动器的第二纵向位置；以及[0056] 控制器，被配置为：

[0057] 防止夹持力的释放，直到检测到上扣扭矩；以及

[0058] 在检测到上扣扭矩之后自动地使得能够释放夹持力，并且相应地，只有当第一个纵向位置不同于第二纵向位置时，更新钻杆记录。

[0059] 项2.项1的设备，其中控制器被配置为只有当第一纵向位置与第二纵向位置不同并且响应于在由旋转驱动器生成上扣扭矩之后检测到夹持力被自动地允许释放，更新钻杆记录。

[0060] 项3.项1的设备，其中：

[0061] 第一纵向位置是邻近钻柱进入地的位置的远端位置；以及

[0062] 第二纵向位置邻近第一纵向位置，并且与第一纵向位置间隔至少等于钻杆的长度的距离。

[0063] 项4.项3的设备，其中控制器被配置为响应于旋转驱动器在第一纵向位置处生成卸扣扭矩和旋转驱动器在第二纵向位置处生成上扣扭矩的组合步骤，增加钻杆记录一个计数。

[0064] 项5.项3的设备，其中控制器被配置为响应于旋转驱动器在第二纵向位置处生成卸扣扭矩和旋转驱动器在第一纵向位置处生成上扣扭矩的组合步骤，减少钻杆记录一个计数。

[0065] 项6.项1的设备，其中控制器被配置为：

[0066] 防止夹持力的释放直到由旋转驱动器生成上扣扭矩；

[0067] 检测旋转驱动器的第二纵向位置，在第二纵向位置处由旋转驱动器生成的扭矩达到预定上扣扭矩；以及

[0068] 在由旋转驱动器生成上扣扭矩之后自动地允许夹持力的释放，并且如果第一纵向位置不同于第二纵向位置，则相应地更新钻杆记录。

[0069] 项7.项1的设备，进一步包括耦合到控制器的用户界面，用户界面被配置为生成钻杆记录的变化的人可感知的指示。

[0070] 项8.项1的设备，进一步包括耦合到控制器的用户界面，用户界面被配置为生成杆记录显示和扭矩显示或者由旋转驱动器在杆上紧方向上生成的扭矩的可听见的指示。

[0071] 项9.项1的设备，其中控制器被配置为在自动地使得能够响应于操作员动作释放夹持力之后，释放夹持力。

[0072] 项10.一种自动记录用于钻机的钻杆的方法，该方法包括：

[0073] 监视钻机以检测施加以固定钻柱的夹持力并且检测由旋转驱动器生成的卸扣扭矩；

[0074] 检测施加夹持力并且生成卸扣扭矩处的旋转驱动器的第一纵向位置；以及[0075] 防止夹持力的释放，直到由旋转驱动器生成上扣扭矩；

[0076] 检测旋转驱动器生成上扣扭矩处的旋转驱动器的第二纵向位置；以及[0077] 在旋转驱动器生成上扣扭矩之后自动地允许夹持力的释放，并且只有当第一纵向位置不同于第二纵向位置时，更新钻杆记录。

[0078] 项11.项10的方法，其中自动更新钻杆记录包括检测旋转驱动器在第一纵向位置和第二纵向位置中的一个纵向位置处生成卸扣扭矩并且旋转驱动器在第一纵向位置和第二纵向位置中的另一纵向位置处生成上扣扭矩。

[0079] 项12.项10的方法，其中自动地更新钻柱记录包括：

[0080] 检测旋转驱动器在第一纵向位置和第二纵向位置中的一个纵向位置处生成卸扣扭矩和检测旋转驱动器在第一纵向位置和第二纵向位置中的另一纵向位置处生成上扣扭矩；以及

[0081] 检测在旋转驱动器生成上扣扭矩之后夹持力被自动地允许释放。

[0082] 项13.项10的方法，其中：

[0083] 第一纵向位置是邻近钻柱进入地的位置的远端位置；以及

[0084] 第二纵向位置邻近第一纵向位置，并且与第一纵向位置间隔至少等于钻杆的长度的距离。

[0085] 项14.项13的方法，其中自动地更新钻杆记录包括：

[0086] 响应于旋转驱动器在第一纵向位置处生成卸扣扭矩和旋转驱动器在第二纵向位置处生成上扣扭矩的组合步骤，增加钻杆记录一个计数。

[0087] 项15.项13的方法，其中自动地更新钻杆记录包括：

[0088] 响应于旋转驱动器在第二纵向位置处生成卸扣扭矩和旋转驱动器在第一纵向位置处生成上扣扭矩的组合步骤，减少钻杆记录一个计数。

[0089] 项16.项10的方法，进一步包括生成钻杆记录的变化的人可感知的指示。

[0090] 项17.一种自动地记录用于钻机的钻杆的方法，该方法包括：

[0091] 检测钻机的旋转驱动器在第一纵向位置处还是在第二纵向位置处；

[0092] 监视钻机以检测卸扣事件和上扣事件；以及

[0093] 基于检测到卸扣事件和上扣事件的组合，自动地更新钻杆记录。

[0094] 项18.项17的方法，其中自动地更新钻杆记录基于检测卸扣事件和上扣事件的组合以及检测卸扣事件和上扣事件所发生的位置。

[0095] 项19.项17的方法，其中自动地更新钻杆记录基于检测卸扣事件和上扣事件的组合、检测卸扣事件和上扣事件所发生的位置以及确定卸扣事件和上扣事件的时间顺序。

[0096] 项20.项17的方法，进一步包括：

[0097] 防止施加到钻杆或者钻柱的夹持力的释放，直到旋转驱动器生成上扣扭矩；以及[0098] 自动允许或者使得能够在检测到上扣事件之后释放夹持力。

[0099] 项21.项17的方法，进一步包括在自动允许或者使得能够响应于操作员动作释放夹持力后，释放夹持力。

[0100] 项22.项17的方法，进一步包括生成钻杆记录的变化的人可感知的指示。

[0101] 本文所提供的讨论和图示以示例性的格式给出，其中所选择的实施例被描述和图示以展示本发明的各个方面。根据本发明的系统、装置或者方法可以包括本文所描述的特征、结构、方法或其组合中的一个或者多个。例如，装置或者系统可以被实施以包括下文所描述的有利特征和/或过程中的一个或者多个。根据本发明的装置或者系统可以被实施以包括在分开的示例和/或图示中图示和/或讨论的多个特征和/或方面。意图是这样的装置或者系统不需要包括本文所描述的全部特征，而是可以被实施以包括提供有用的结构、系统和/或功能的选择的特征。

[0102] 虽然为了简要起见只有某些功能的示例可以被描述为由电路执行，但是功能、方法和技术中的任何项可以使用本文所描述的电路和方法执行，正如由本领域技术人员所理解的。

[0103] 本文所公开的系统、装置或者方法可以包括本文所描述的特征、结构、方法或其组合中的一个或者多个。例如，系统或者方法可以被实施以包括上述特征和/或过程中的一个或者多个。意图是这样的系统或者方法不需要包括本文所描述的特征和/或过程的全部，而是可以被实施以包括提供有用的结构和/或功能的选择的特征和/或过程。可以对上述公开的实施例进行各种修改和添加。因此，本公开的范围不应当由上述特定实施例限制，而是应当仅由下文所阐述的权利要求书及其等同方式限定。