钻具接头位置的快速识别系统的制作方法

[0001]
本实用新型属于油气田钻井装置技术领域，具体来讲，涉及一种钻具接头位置的快速识别系统。


背景技术：

[0002]
在石油钻井中，因溢流、井涌、井喷时需立即关井，但在关井时，司钻需要将钻具提离井底，判断钻具接头的位置，使钻具接头避开所要关闭的防喷器芯子，避免钻具接头处于防喷器内。这项钻具接头位置的判断和操作会让司钻花费至少10～30秒时间，这严重影响了在紧急情况下井控措施的及时执行。同时，无依据的强行、快速起钻也会增加卡钻风险，造成过大的抽汲压力，进一步扩大井控风险。目前，判断钻具接头位置仍然依靠司钻的经验判断，这种方式效率低下，且会因人而异，不利于紧急情况下的措施执行。
[0003]
现有钻具接头的颜色与钻杆本体一样，而下入井内粘附泥浆后，起钻时钻具接头的轮廓更加模糊，进一步增大了对钻具接头用仪器或者设备识别的难度。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本实用新型的目的之一在于提供一种能够直观显示钻具接头是否处于防喷器内的快速识别系统。
[0005]
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种钻具接头位置的快速识别系统。所述识别系统可以包括摄像头、测距传感器以及处理器，其中，所述摄像头设置在钻台面上，能够对钻具实时抓拍并将抓拍的图像传输至处理器，所述钻具包括多根钻杆以及连接相邻两根钻杆的钻具接头；所述测距传感器设置在顶驱上，能够实时测定钻具上升或下降的距离并将测定的距离传输至处理器；所述处理器预存有钻具信息数据库，所述处理器分别与所述摄像头和测距传感器连接，所述处理器能够将摄像头抓拍的图像与钻具信息数据库进行比对以对抓拍图像进行识别，并能够根据识别的结果与测定的距离实时生成并显示钻具结构图，以确定钻具接头的位置。
[0006]
在本实用新型的一个示例性实施例中，所述识别系统还可包括镜反射式光电开关，所述镜反射式光电开关设置在钻台面上，能够对钻具接头进行识别。
[0007]
在本实用新型的一个示例性实施例中，所述钻具接头可包括接头本体和反光环，所述反光环固定设置在接头本体表面，所述反光环能够反射镜反射式光电开关发出的光线。
[0008]
在本实用新型的一个示例性实施例中，所述反光环可包括内环以及设置在内环表面的外环，所述内环套接在所述接头本体上，所述外环为光电开关反光板。
[0009]
在本实用新型的一个示例性实施例中，所述镜反射式光电开关可具有发射器和接收器，所述发射器能够发射光线，所述接收器能够接收接头本体上反光环反射的光线。
[0010]
在本实用新型的一个示例性实施例中，所述镜反射式光电开关可与摄像头相对于
钻具对称设置。
[0011]
在本实用新型的一个示例性实施例中，所述测距传感器可包括激光测距传感器，在井架顶部或钻台面上设置有反光板，所述激光测距传感器发射的光线到达反光板后返回激光测距传感器进行测距。
[0012]
在本实用新型的一个示例性实施例中，所述钻具还可包括钻头、螺杆和钻铤，所述钻具信息数据库可包括钻杆和钻具接头的型号、内径、外径和长度以及组成钻具的各部件的型号、内径、外径、以及长度。
[0013]
在本实用新型的一个示例性实施例中，所述处理器能够显示当前井口防喷器以下5m到钻台面以上5m范围内钻具的结构图。
[0014]
在本实用新型的一个示例性实施例中，所述钻具结构图可包括钻具长度、钻具接头类型和钻具接头位置。
[0015]
与现有技术相比，本实用新型的有益效果可包括以下内容中的至少一项：
[0016]
(1)通过摄像头对钻具进行抓拍让处理器能够识别出钻具，同时通过激光测距传感器测出钻具上升或下降的距离，最终描绘出钻具的结构图显示给司钻人员，司钻人员据此识别出钻具接头的位置决定是否可以立即关井；
[0017]
(2)当钻具接头在防喷器组内，司钻人员需执行起钻操作，通过显示设备直观看到钻具接头位置，缩短司钻人员在快速起钻的时候的反应时间；
[0018]
(3)通过设置镜反射式光电开关，能够利用镜反射式光电开关识别的钻具接头位置与摄像头抓拍的钻具接头的位置进行比对验证，提高钻具接头识别的准确性，同时也能确保在摄像头损坏的情况下，系统能够继续工作。
附图说明
[0019]
图1示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的钻具接头位置的快速识别系统的结构示意图；
[0020]
图2示出了图1中钻具接头的结构示意图；
[0021]
图3示出了图2的剖视图；
[0022]
图4示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的钻具接头位置的快速识别系统的结构示意图。
[0023]
附图标记说明如下：
[0024]
1-防喷器、2-钻台面、3-镜反射式光电开关、4-钻具接头、5-钻杆、6-顶驱、7-反光板、8-测距传感器、9-摄像头、10-处理器、4a-接头本体、4b-反光环。
具体实施方式
[0025]
在下文中，将结合附图和示例性实施例来详细说明本实用新型的钻具接头位置的快速识别系统。
[0026]
在本实用新型的一个示例性实施例中，钻具接头位置的快速识别系统可以包括摄像头、测距传感器以及处理器。摄像头设置在钻台面上，能够对钻具及钻具接头实时抓拍并将抓拍的图像传输至处理器。测距传感器设置在顶驱上，能够实时测定钻具上升或下降的距离并将测定的距离传输至处理器。所述处理器预存有钻具信息数据库，处理器分别与所
述摄像头和测距传感器连接，处理器能够将摄像头抓拍的图像与钻具信息数据库进行比对以对抓拍图像进行识别，并能够根据识别的结果与测定的距离实时生成并显示钻具结构图，以确定钻具接头的位置。具体来讲，钻具接头位置的快速识别系统主要包括摄像头、测距传感器和处理器组成。其中，摄像头负责对钻具进行抓拍，测距传感器负责测量钻具在竖直方向移动的距离(即上升或下降的距离)，而处理器能够对摄像头抓拍的图像进行处理并与自身的钻具信息数据库进行比对识别出抓拍的图像，即识别出当前经过抓拍位置的是钻杆还是钻具接头，它们相应的型号、内径、外径、长度等。处理器根据识别的结果结合测距传感器测定的距离生成能够显示位置信息的钻具结构图。例如，钻具还可以包括钻头、螺杆和钻铤，钻具信息数据库可包括钻杆和钻具接头的型号、内径、外径和长度以及组成钻具的各部件的型号、内径、外径、以及长度。
[0027]
处理器将摄像头抓拍的图像与钻具信息数据库进行对比以对抓拍图像进行识别可包括：通过图像变换、区域分割、值化处理以及特征值提取对当前时刻抓拍图像进行比对识别。具体来讲，处理器对摄像头抓拍的图像进行处理后提取其特征参数(例如，钻杆或钻具接头的外径)，通过将该特征参数与自身的钻具信息数据库进行比对，即可识别出钻杆或钻具接头的型号，进而得到相应的内径和长度等参数。也即处理器能够识别出当前时刻抓拍的图像是钻杆还是钻具接头，并从钻具信息数据库中得到该钻杆或钻具接头的型号、内径、外径和长度等参数。
[0028]
钻井时，识别系统首先根据入井顺序对入井钻具进行抓拍识别测距生成入井钻具的结构图。在当前时刻，利用摄像头对移动中的钻具进行抓拍，处理器根据当前抓拍的图像进行处理识别，处理器根据识别的结果结合上一抓拍时刻到当前抓拍时刻时间段内钻具接头在竖直方向移动的距离，实时更新入井钻具结构图。钻具结构图可包括钻具长度、钻具接头类型和钻具接头位置。处理器能够显示当前井口防喷器以下5m到钻台面以上5m范围内的钻具的结构图。
[0029]
在本实施例中，如图1中所示，钻具接头的快速识别系统包括井架、顶驱6、钻具、钻台面2、防喷器1、摄像头9、处理器10和测距传感器8。井架固定设置地面上且位于井口正上方，顶驱6上端与井架相连，顶驱6下端与钻具上端相连并能够驱动钻具旋转。井架能够对顶驱6进行提升或下降以对钻具进行起钻和下钻。防喷器1固定设置在井口并能够对井口进行关井，钻台面2固定设置地面上且位于井口正上方，钻台面2上设置有供钻具通过的开口。这里，钻具可包括多个钻杆5以及连接相邻两个钻杆5之间的钻具接头4，钻具穿过钻台面2上的开口和防喷器1设置在井内。摄像头9固定设置在钻台面2上并能够对钻具进行抓拍。例如，摄像头9可以为防爆摄像头。测距传感器8固定设置在顶驱6上并能够测定顶驱6上升或下降的距离从而得到钻具上升或下降的距离，也即钻具出井或入井的距离。例如，测距传感器8可包括激光测距传感器，在井架顶部或钻台面2上可设置有反光板7，激光测距传感器发射的光线到达反光板7后返回激光测距传感器进行测距。然而，本实用新型不限于此，其它类型传感器也可以，只要能够测定顶驱上升和下降的距离即可。
[0030]
处理器10通过导线与摄像头9相连，处理器10能够将摄像头9抓拍的照片进行图像变换、区域分割、值化处理、特征值提并与其自身的数据库进行比对以显示当前钻具的结构图。处理器10具有存储钻杆5和钻具接头4的型号、外径、内径以及长度参数的钻具信息数据库。处理器10还具有能够将摄像头9抓拍的照片进行图像变换、区域分割、值化处理、特征值
提取的应用程序。例如，处理器10可以为电脑。钻具结构图可包括钻具长度、钻具接头4类型和钻具接头4位置。处理器10能够显示当前井口防喷器以下5m到钻台面以上5m范围内钻具的结构图。具体来讲，处理器10能够将摄像头9抓拍的照片进行图像变换、区域分割、值化处理、特征值提取后得到钻杆5和钻具接头4的特征参数，并将这些特征参数与自身钻具信息数据库中存储的钻具参数进行比对以识别当前抓拍的是钻杆5还是钻具接头4，从而得到钻杆5或钻具接头4的型号、内径、外径。当抓拍的图像为钻具接头4时，结合测距传感器测出的相邻两个钻具接头4之间的距离即钻杆5的长度生成钻具结构图并通过显示器显示给司钻人员。
[0031]
在本实施例中，钻具接头4包括接头本体4a和反光环4b，所述反光环4b固定设置在接头本体4a表面，所述反光环4b能够反射光线。具体来讲，如图2和图3中所示，接头本体4a具有与上部钻杆下端连接的上端部、与下部钻杆上端连接的下端部、以及供钻井液通过的轴向贯穿通孔，反光环4b固定设置在接头本体4a外表面且位于上端部和下端部之间。这里反光环4b的位置不宜太靠近下端部，以免降低钻具接头4本体1的强度。反光环4b可包括内环以及设置在内环表面的外环，内环套接在接头本体4a上，外环为光电开关反光板。也就是说，反光环4b为截面为矩形的圆环，圆环的内壁与接头本体4a外壁固定连接，圆环的外壁上设置有光电开关反光板，以将射向反光环4b的光线反射回去。内环可与接头本体4a焊接。然而，本实用新型不限于此，内环与接头本体也可以采用其他方式固定，例如螺纹连接或反光环直接嵌入接头本体中。
[0032]
反光环4b的直径可以为8～20cm，高度可以为5～10cm反光环4b的粗糙度不超过6.3um，反光环4b的厚度可以为1～3mm。这里，反光环4b的直径可以为外径或内径，反光环4b的高度为反光环4b轴向方向的尺寸。反光环4b的粗糙度不宜过高，若反光环4b的粗糙度过高，反光环4b表面会附着较多的泥浆，从而降低反光环4b反射光线的能力，进而降低钻具接头4被识别的概率。此外，反光环4b的颜色也可以采用便于识别的颜色，以使钻具接头4和钻杆进行区别，例如，反光环4b的颜色可以为金色。反光环设置的厚度不宜过薄或过厚，过薄不利于光线反射，过厚会影响钻具接头4的强度。
[0033]
为了设置在接头本体4a表面的反光环4b不影响钻具接头4的外径，所述反光环4b嵌入设置在接头本体4a内，反光环4b围合形成的外径与接头本体4a的外径相等。反光环4b上还可设置有存储有与钻具接头4配套的钻杆5信息的二维码。例如，二维码可以存储包括钻杆5长度、外径、内径、钢级、重量、抗拉强度、抗挤强度等信息。通过识别装置对二维码进行识别即可获得以上信息。
[0034]
在本实用新型的又一个示例性实施例中，如图1中所示，钻具接头位置的快速识别系统还可在上述实施例的基础上进一步包括镜反射式光电开关3，所述镜反射式光电开关3设置在钻台面2上，能够对钻具接头4进行识别。镜反射式光电开关3固定设置在钻台面2上，镜反射式光电开关3能够识别钻具接头4并将识别到的钻具接头4信号传递给处理器10。具体来讲，通过设置能够识别钻具接头4的镜反射式光电开关3，能够将镜反射式光电开关3所测出的钻具接头4位置信息与摄像头9抓拍的钻具接头4图像进行比对，以验证图像分析辨别钻具接头4的准确性，同时设置镜反射式光电开关3对钻具接头4位置进行识别，也可以在摄像头9发生损坏的情况下，通过镜反射式光电开关3对钻具接头4位置的识别继续进行工作。
[0035]
在本示例性实施例中，镜反射式光电开关3可与摄像头9相对于钻具对称设置。当镜反射式光电开关3与摄像头9相对于钻具对称设置在钻台面上是，可以减少摄像头9和镜反射式光电开关3相互之间的干扰，提升摄像头9抓拍识别钻具接头4和镜反射式光电开关3识别钻具接头4的准确性。这里，镜反射式光电开关3可具有发射器和接收器，所述发射器能够发射光线，所述接收器能够接收接头本体4a上反光环4b反射的光线。此外，镜反射式光电开关3还能够识别钻具接头4的反光环4b上的二维以获取钻杆信息。具体来讲，镜反射式光电开关3可内置有扫描器，通过镜反射式光电开关3的扫描器扫描反光环4b上的二维码获取钻杆的长度、外径、内径、钢级、重量、抗拉强度、抗挤强度等信息，将获得的信息输出至处理器，处理器在生成的钻具结构图上显示这些信息，便于队长、司钻人员实时了解钻具信息，有益于紧急状态下的快速关井。
[0036]
钻具入井过程中，首先通过摄像头9抓拍的图像与数据库中各种钻具接头4的特征值进行比对，当摄像头9抓拍到钻具接头4后处理器10能够识别该钻具接头4，再利用顶驱6上的激光测距传感器测出顶驱6下降的距离即钻具下降的距离，并将激光测距传感器测出数值作为该段入井钻具的长度值录入数据库中，利用入井钻具的长度值和钻具接头4特征值生成能够显示出钻具长度、钻具接头4类型和钻具接头4位置的钻具结构图。钻具处于起钻、下钻以及钻进工况的判断是通过顶驱6上的激光测距传感器的距离增加和减少的数值来判断，当下钻时，激光测距传感器数值增加，当起钻时，激光测距传感器数值减少，当激光测距传感器数值增加则结合处理器对摄像头9抓拍的钻具接头4图像识别信息，将从一个钻具接头4至下一个钻具接头4出现的增加距离确定为钻具长度，激光测距传感器数值减少则结合处理器10对摄像头9抓拍的钻具接头4图像识别信息，将从一个钻具接头4至下一个钻具接头4出现的距离确定为钻具长度，当发生溢流、井涌、井喷需立即关井时，司钻根据显示设备的显示结果，可清晰准确判断钻具接头4是否位于防喷器内，并决定是否可以立即关井。钻具接头4在防喷器组内的结构示意图可如图1中所示，这时，司钻人员需执行起钻操作使得钻具接头4离开防喷器内。起钻过后钻具接头4未在防喷器组内的结构示意图可如图4中所示。
[0037]
钻具接头位置的快速识别系统工作过程可包括以下步骤：
[0038]
首先，建立数据库，在数据库中录入钻头、钻具接头4、螺杆、钻铤、加重钻杆、钻杆5等钻具组成单元的外径、内径以及长度参数。
[0039]
然后，通过摄像头9对钻台面2位置处的钻具进行抓拍，获得钻台面2位置处钻具接头4的图像，通过处理器10对摄像头9抓拍的图像进行变换、区域分割、值化处理、特征值提取识别钻具接头4。这里，特征值提取需要先在算法中确定各种钻具接头4的特征值并录入数据库，再利用摄像头9抓拍的图像得到的特征值进行比对识别钻具接头4。
[0040]
接下来，生成钻具结构图。在钻具入井过程中，通过摄像头9抓拍的图像与数据库中各种钻具接头4的特征值进行比对，当摄像头9抓拍到钻具接头4后处理器10能够识别该钻具接头4，再利用顶驱6上的激光测距传感器测出顶驱6下降或上升的距离，并将激光测距传感器测出数值作为该段入井钻具的长度值录入数据库中，利用入井钻具的长度值和钻具接头4的特征值生成能够显示出钻具长度、钻具接头4类型和钻具接头4位置的钻具结构图。
[0041]
接下来，对钻进工况进行判断并实时更新钻具结构图。当前某一时刻，对钻具的工况进行判断即判断钻具是处于起钻(或称出井)、下钻(或称入井)或钻进。通过顶驱6上的激
光测距传感器的距离增加和减少的数值趋势来进行判断，当钻具为下钻或钻进时，激光测距传感器测得数值增加，当钻具为起钻时，激光测距传感器测得数值减少。当激光测距传感器数值增加则结合处理器10对摄像头9抓拍的钻具接头4图像识别信息，将从一个钻具接头4至下一个钻具接头4出现的时间段内增加距离确定为钻具长度；激光测距传感器数值减少结合处理器10对摄像头9抓拍的钻具接头4图像识别信息，将从一个钻具接头4至下一个钻具接头4出现的距离确定为钻具长度。则当前井内钻具长度计算公式为：
[0042]
p＝pa+pi-po
[0043]
其中，p为当前井内钻具的长度；pa为井内初始的钻具长度；po为出井的钻具长度；pi为入井的钻具长度。
[0044]
接下来，显示钻具并更新钻具结构图。截取井口防喷器1以下5m到钻台面2以上5m范围内的钻具结构图通过处理器10的显示设备显示在司钻面前。这里，钻具结构图的实时更新方法为：当起钻时，通过图像识别的钻具接头4位置和数据库数据，得到出井钻具的种类和长度，在显示设备中实时移除已出井的钻具，更新显示当前井口防喷器1以下5m到钻台面2以上5m范围内的钻具结构图；当为下钻或钻进时，通过图像识别获取的钻具接头4位置和数据库数据，得到入井钻具的种类和长度，在显示设备中实时移除已入井的钻具，更新显示当前井口防喷器1以下5m到钻台面2以上5m范围内的钻具结构图。
[0045]
综上所述，本实用新型的有益效果可包括以下内容中的至少一项：
[0046]
(1)通过摄像头对钻具进行实时抓拍让电脑能够根据摄像头抓拍的图像与自身的数据库进行比对识别出钻具接头，并通过激光测距传感器测出钻具移动的距离，两者结合生成钻具的结构图显示给司钻人员，司钻人员根据钻具结构图可清晰准确判断钻具接头位置是否在防喷器内，并决定是否可以立即关井；
[0047]
(2)当钻具接头在防喷器组内，司钻人员需执行起钻操作，通过显示设备直观看到钻具接头位置以及是否移出防喷器，缩短司钻人员在快速起钻的时候的反应时间；
[0048]
(3)通过设置镜反射式光电开关，能够利用镜反射式光电开关与摄像头对钻具接头的位置进行比对验证，提高了钻具接头识别的准确性，同时也能在摄像头损坏的情况下，能够继续进行工作。
[0049]
尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本实用新型，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。