CN107109910A - 用于将管放置到指梁架和从指梁架移除管的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于将管放置到钻机的指梁架并且从钻机的指梁架移除管的***，所述***包括管操纵设备(140)以及指梁架(139)，所述指梁架具有：至少一个指梁台(102)，所述指梁台具有至少两根指状件(103至106)，所述至少两根指状件限定狭缝(107至109)；和多个闩锁(114)，所述多个闩锁布置在所述至少两根指状件之间，以限定用于管的空间，所述多个闩锁中的每个闩锁(114)均能够在打开位置和闭合位置之间选择性地移动，所述***还包括至少一个摄像机(101)，所述摄像机在视野中具有所述多个闩锁中的所述至少一个闩锁(114)，捕获所述闩锁的图像并且将所述图像发送到主控计算机(12’)，所述主控计算机(12’)被编程有一组指令，以分析所述图像的表示所述闩锁(114)处于打开位置或闭合位置中的细节特征，得到所述闩锁(114)处于打开位置或闭合位置中的结论，并且基于所述结论允许或者不允许管操纵设备将管放置在指梁架(139)中或从指梁架移除管。

Description

用于将管放置到指梁架和从指梁架移除管的方法

技术领域

本发明涉及一种钻机，并且涉及将管放置到钻机的指梁架和从指梁架移除管的***、设备和方法。本发明的另一个方面还提供了一种用于监测指梁台的多个闩锁的健康状况的***。

背景技术

在钻制井眼的过程中，钻头布置在钻柱的下端上的井底组件中。钻头旋转以在地层中钻孔。地层可以位于水位以下或者可以是干燥地段。钻柱的上端通过钻机的钻台中的开口。开口已知为油井中心。钻柱构造在钻机上并且通过已知为钻井绞车的绞车使用线缆将其拉入到井孔中以及从井孔中拉出。线缆越过固定到井架顶部的定滑轮并且向下通往动滑轮，所述动滑轮在井架内上下行进，以升高或降低多节钻探管和/或整个钻柱。

钻头至少在最初阶段因钻柱旋转而旋转。钻柱可以通过转盘而旋转，所述转盘布置在钻台的油井中心处。在这个情况中，转环钩到动滑轮上，所述转环具有附接到其上的吊卡，钻柱保持在所述吊卡中，以便降低和升高。作为替代方案或者附加方案，可以通过顶部驱动器来使得钻柱旋转，所述顶部驱动器能够沿着在钻机的井架中的轨道上下移动。动滑轮连接到顶部驱动器，以沿着轨道升高和降低顶部驱动器。顶部驱动器吊卡从提环上的顶部驱动器下垂。在钻井孔时，将多节钻探管添加到钻柱，以允许钻头更深地钻入到地层中。多节钻探管通常添加两节或更多节、通常为三节的立根中。钻探管的立根被构造成偏离油井中心位于小鼠洞中或者动力鼠洞中。

钻探管初始水平地保持在海上钻机或者钻井船的保持部件中或者保持在陆地上的水平堆栈中。一节钻探管从保持部件或堆栈移动到已知为钻探管走道的传送带，所述传送带将这一节钻探管向上传送到钻台。

由管操纵设备从钻探管走道拾取第一节钻探管，并且该第一节钻探管的公扣端(pin end)被下放通过小鼠洞中的卡盘。从钻探管走道拾取第二钻探管，并且第二钻探管的公扣端悬挂在第一节钻探管的母扣上方。使用铁钻工将第二节的公扣旋转到第一节的母扣中并且转动，以形成两节钻探管立根。添加第三节和可能的第四节，以构建钻探管立根。另一种管操纵设备使得钻探管立根从小鼠洞或者鼠洞直接移动到油井中心，用于连接到钻柱或者进入到指梁架，所述指梁架包括一个或者多个指梁台，用于缓冲存储。每个指梁台均包括狭缝，所述狭缝由已知为指状件的钢梁以阵列的方式限定，在US-B2-8550761中公开了这种指梁架和管操纵设备，其公开内容出于所有目的而并入本申请。多个闩锁布置在每根指状件上。在毗邻的指状件和毗邻的闩锁之间限定了用于单个钻探管立根的空间。多个闩锁中的一个闩锁布置在每个钻探管立根之间，以禁止钻探管立根从狭缝中倾倒出去。闩锁通常被气动操作并且在水平位置和竖直位置之间移动。管操纵臂用于将钻探管立根从指梁台移动到油井中心。吊卡或者顶部驱动器吊卡用于提升钻探管立根的上端，在此时下端摆动成与油井中心对准。然后，钻探管立根连接到悬于井孔中的钻探管柱。使用同一铁钻工进行连接。特定类型的管操纵设备已知为支柱架，所述支柱架包括一支柱，所述支柱能够在指梁台前方的轨道中移动。支柱具有沿其延伸的两条或者更多条管操纵臂，并且支柱能够旋转，从而具有能够进入大约一至五百个钻探管、套管和其它管的立根的大立根盒容量。指梁台以有序方式容纳管，在所述指梁台处能够存储、固定以及取回所述管，用于立根构建或者钻井操作。

为了从狭缝取回钻探管立根，支柱架将在所选择的狭缝前方移动，延伸其夹持器臂，打开对应的一个或多个闩锁，然后从狭缝中拉出立根。当支柱架将管带入到指梁台中时实施相反操作。不同的闩锁类型可以用于钻探管、套管生产油管等。所述不同的闩锁类型的直径、形状和重量均有所变化。闩锁具有各种形状。另外，指梁台内的指状件之间的距离将变化。闩锁具有通常气动操作的两个主要位置。所述两个主要位置能够是水平的，以防止管从狭缝中掉落出；或者是竖直的，从而释放路径并且允许放置或者移除管。偶尔，闩锁处于打开和闭合之间的位置。

由WO 2011/135311还已知了具有这样的***，所述***用于判定井内钻探管相对于铁钻工的位置。该***包括：成像设施，所述成像设施布置成捕获钻探管在由装置接合的管区域中的图像；和处理器，所述处理器能够操作以分析捕获的所述图像并且由其判定钻探管相对于铁钻工的位置。还公开了一种***，所述***包括成像设施，所述成像设施布置成捕获保持在吊卡中的钻探管的图像，以确认钻探管确实位于吊卡中。

以已知为“脱开”的程序从油井移除钻柱。通常，顶部驱动器吊卡将钻探管的立根段从井孔中提升出来。钻台中的油井中心处的卡盘防止钻柱的其余部分掉落到井内。使用铁钻工使得钻探管立根与钻柱断开连接。立根“退回”到指梁台中。因此，当整个钻柱已经脱开时，大量的钻探管立根退回到指梁台中。

为了改善井孔的完整性，井孔可以内衬有套管。套管柱下放到井孔中，并且从井口或者地层表面上的模板悬挂该套管柱。在构造套管柱期间，随着套管柱被下放到井孔中，套管段被添加至套管柱。套管段从存储区域直接移动到油井中心，或者使用指梁架作为缓冲存储。因此，指梁台可以附加地具有以适于套管的间距间隔开的指状件和闩锁，所述套管的直径通常大于钻探管的直径。使用管操纵设备使套管段移动成与油井中心对准，或者使用吊卡从传送机提升上端，使得下端摆动成与油井中心和悬在井孔中的套管柱对准。然后，套管段被连接到悬在井孔中的套管柱。

在继续钻井之前，钻头和钻柱“下钻”到油井中。由于使用管操纵臂使BHA上的钻头以及继而来自指梁台的钻探管立根一次一个地移动到油井中心、并且以与上述程序相同的程序进行连接(除了预先钻井孔并且下套管的事实之外)，因此与钻井时相比，该程序以更快的速度实施。

其它井内工具可以放置在指梁架上，诸如，井下动力钻具、造斜器、衬管、生产油管、井眼清洁工具等。

本发明人已经注意到，放回到指梁架的指梁台中的钻探管、套管和其它管和井内工具存在着倾倒的风险。本发明人还已经注意到，在指梁台中设置了数百闩锁。尽管闩锁失效的可能性较低，但是由于存在大量闩锁，因此这种可能性不可忽视。在闩锁未能打开或者仅仅部分打开的情况中，管操纵臂可能仍然试图从指梁台中拉出立根，这能够导致设备损坏并且可能掉落零件乃至掉落钻探管。在闩锁不能闭合的情况中，放置在指梁架中的钻探管可能倾倒。本发明人还已经注意到的是，需要定期检查闩锁。闩锁以开放环路操作，并且当发生机械故障时，不能利用现有***检测闩锁是否成功地改变了位置。成本和时间结果根据操作者能够多快检测到闩锁的位置改变而变化。然而，无论何时支柱架拉动或者推动有缺陷的闩锁，这对于设备、结构和附近人员均构成危险。本发明人还已经注意到，钻机日夜在正常和极端天气条件下操作，诸如，北极圈的海上、陆地上的被雪包围的条件、冰冷条件、以及在暴露于强光的炎热沙漠中。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于将管放置到钻机的指梁台上以及从指梁台移除管的***，所述***包括钻机，所述钻机具有钻台、井架、管操纵设备以及至少一个指梁台，所述指梁台具有：至少两根指状件，所述指状件限定狭缝；和多个闩锁，所述多个闩锁布置在所述至少两根指状件之间，以限定用于管的空间，所述多个闩锁中的每个闩锁均能够在打开位置和闭合位置之间选择性地移动，所述***还包括至少一个摄像机，所述摄像机在视野中具有所述多个闩锁中的至少一个闩锁，且所述摄像机捕获所述闩锁的图像并且将所述图像发送到主控计算机，所述主控计算机编程有一组指令，以分析所述图像的表示闩锁处于打开位置或闭合位置中的细节特征，从而得到闩锁处于打开位置或闭合位置中的结论，并且基于所述结论允许或者不允许管操纵设备将管放置在指梁台中或者从指梁台移除管。

本发明还提供了一种钻机，所述钻机具有钻台、井架和管操纵设备以及至少一个指梁台，所述指梁台具有：至少两根指状件，所述指状件限定狭缝；和多个闩锁，所述多个闩锁布置在所述至少两根指状件之间，以限定用于管的空间，所述多个闩锁中的每个闩锁均能够在打开位置和闭合位置之间选择性地移动，所述钻机还包括至少一个摄像机，所述摄像机在视野中具有所述多个闩锁中的至少一个闩锁。所述至少一个摄像机用于捕获所述闩锁的图像并且将所述图像发送到主控计算机，所述主控计算机编程有一组指令，以分析所述图像的表示闩锁处于打开位置或闭合位置中的细节特征，从而得到闩锁处于打开位置或闭合位置中的结论，并且基于所述结论允许或者不允许管操纵设备将管放置到指梁台中或者从指梁台移除管。

本发明还提供了一种用于将管放置到钻机的指梁台上以及从指梁台移除管的方法，所述钻机包括：钻台、井架、管操纵设备以及至少一个指梁台，所述指梁台具有：至少两根指状件，所述指状件限定狭缝；和多个闩锁，所述多个闩锁布置在所述至少两根指状件之间，以限定用于管的空间，所述多个闩锁中的每个闩锁均能够在打开位置和闭合位置之间选择性地移动，所述钻机还包括至少一个摄像机，所述摄像机在视野中具有所述多个闩锁中的至少一个闩锁，所述方法包括以下步骤：捕获所述闩锁的图像并且将所述图像发送到主控计算机；所述主控计算机编程有一组指令，以分析所述图像的表示闩锁处于打开位置或闭合位置中的细节特征，从而得到闩锁处于打开位置或闭合位置中的结论，并且基于所述结论允许或者不允许管操纵设备将管放置到指梁台中或者从指梁台移除管。

可选地，所述***和方法还推断闩锁是否处于部分打开的中间位置中。

可选地，摄像机是捕获图像的高清晰度模拟或者数字闭路电视摄像机。闭路电视摄像机可以是这样的类型：包括电荷耦合器件(ccd)或者互补金属氧化物半导体(cmos)。可选地，摄像机包括彩色成像传感器。可选地，传感器还能够检测红外频率范围。替代地，摄像机还包括红外传感器，所述红外传感器使用位于每个闩锁上的红外标记物。可选地，红外标记物是无源的，即，不供电的。可选地，摄像机是深度成像摄像机，以捕获图像和与在图像中捕获到的物体相距的距离。可选地，深度成像摄像机是飞行时间深度成像摄像机，其可选地使用激光器，以利用激光泛视野、并且测量光的发射以及接收光反射所需的时间，以构建深度图像。可选地，深度成像摄像机是立体深度成像摄像机，所述立体深度成像摄像机可选地针对同一物体使用两个摄像机，以提供深度测量。可选地，深度成像摄像机是三角形片光或结构光类型。

可选地，摄像机布置在壳体中，所述壳体具有玻璃或者半透明或者透明的窗口，所述窗口设置有擦拭件，譬如，保持窗口干净并且清理雨水、雪、水点、灰尘和泥土的刮水片。可选地，摄像机设置有光源，以保持照射在闩锁上的至少350LUX的光强度。可选地，光源安装在摄像机附近。

可选地，摄像机布置在管操纵设备上，可选地，管操纵设备包括：操纵臂，所述操纵臂具有用于夹持管的管夹持设备和固定到支柱的基座，所述摄像机布置在所述基座上或者下方，或者替代地布置在所述夹持设备上。可选地，摄像机位于管操纵设备的支柱上或者相对于管操纵设备的支柱固定。可选地，支柱能够在水平面中移动，并且可选地能够旋转。可选地，摄像机布置在所述井架上，在所述指梁台的前方。可选地，摄像机布置在指梁台的平面的后方和上方。可选地，摄像机布置在轨道上。可选地，轨道基本垂直于指状件。可选地，摄像机具有联轴节基座，使得摄像机能够改变其视野，可选地利用控制***改变其视野。如果摄像机的视野不能完全正常地捕获良好图像，则可以以两个或者三个旋转自由度定向。替代地，使用允许一个旋转自由度的转台。替代地，摄像机固定，使得不会发生移动。

可选地，管操纵设备是管操纵臂。可选地，管操纵臂由管操纵臂计算机控制。可选地，管操纵臂计算机编程有一组指令，以发现位于所述指梁台中的管，以便从指梁台移除所述管并且将管状件运送到油井中心。

可选地，管是以下中的一种：钻探管的立根；一段钻探管；一段套管；具有位于其中或者连接到其上的井下工具的钻探管立根；井底组件或者井底组件的部件；生产油管；衬管；和穿孔管。

可选地，分析所述图像的表示所述闩锁处于打开位置或闭合位置中的细节特征的步骤包括分析所述闩锁周围的对比度。可选地，绘制闩锁周围的外形，可选地，绘制闩锁的其它特征，例如位于闩锁中的孔的样式。可选地，分析表示所述闩锁处于打开位置或闭合位置中的细节特征包括分析闩锁不应当处于打开位置中或者闭合位置中的区域，即，当闩锁应当处于打开位置中时，寻找处于水平平面中的缺失的闩锁。

可选地，该***还包括限定一个闩锁周围的区域的子图像的步骤。可选地，子图像覆盖的区域足以覆盖处于闭合位置和打开位置中的所述一个闩锁。

可选地，主控计算机包括寻找闩锁上的椭圆或圆的的算法。可选地，为了评估闩锁是否闭合。可选地，为了寻找在一条线上并且可选地在一条水平线上的一组椭圆。

可选地，闩锁包括标记物。可选地，标记物具有反射元件。可选地，标记物是反射带。可选地，反射可见光或者摄像机能够检测到的波长的光，该波长的光可以包括红外光。可选地，主控计算机包括寻找闩锁上的标记物的算法。可选地，主控***设置有寻找闩锁的轮廓并且比较标记物与闩锁的轮廓的相对位置的其它算法。可选地，为了评估闩锁是否打开。

可选地，摄像机捕获指梁架中的狭缝的图像，并且主控计算机包括寻找未登记管和虚幻管的算法。未登记管是实际上位于其中但是没有在计算机***中登记的管。虚幻管是在被登记在计算机***中但是实际上不存在的管。可选地，在检查闩锁的状态之前。用于检查未登记管或者虚幻管的算法可以包括在特定狭缝中并且位于特定闩锁之间的管的图像的数据库、并且比较图像与数据库。替代地，所述算法能够通过注意某些特征(诸如，管轮廓的颜色对比)来确定图像包含管。

检查未登记管和虚幻管至关重要。在最坏的情况中，管能够掉落在钻台上。而且，可能损坏管操纵器和其它设备。如果诸如管操纵器的设备认为其完成了操纵程序而实际上还没有完成该操纵程序时，则会发生时间延迟。

可选地，由管操纵控制计算机来控制管操纵设备，所述管操纵控制计算机编程有一组指令，以发现处于指梁台中的管，以从指梁台移除管并且将管状件运送到油井中心。主控计算机命令所述管操纵计算机基于闩锁是否处于打开或者闭合位置中的结论而允许或者不允许管操纵设备将管放置在指梁架中或者从指梁架移除管。

可选地，在所述图像之后，从所述摄像机获得闩锁的至少一个其它图像，由所述主控计算机处理所述至少一个其它图像，所述主控计算机编程有一组指令，以分析所述至少一个其它图像的表示所述闩锁(114)处于打开位置或闭合位置中的细节特征，以便确认或者否认所述结论。可选地，为了增加所述结论的鲁棒性和确定性。可选地，所述图像是数字图像，尽管还可以是模拟图像。可选地，所述图像包括深度数据或者完全由深度数据建立，使得捕获三维图像并且将三维图像发送到主计算机***。可选地，针对每一平方毫米至一千平方毫米、可选地每十平方毫米至一百平方毫米的区域测量深度数据。

可选地，实时捕获并且处理图像。可选地，在相互间隔0.01秒和五秒之间的时间内捕获该图像和另一图像。

可选地，主计算机***位于至少一个摄像机中或者摄像机的壳体中。替代地，主计算机***位于钻机上，诸如，值班室中。替代地，主计算机***位于与钻机相距一定距离的位置处，诸如，位于控制中心或者云中。

可选地，钻台位于钻机中。可选地，钻台位于以下中一个中：钻井船、浮式生产储油船(FPSO)、小水线面双体船(SWATH)、张力腿平台、和陆上钻机。

由集成的非接触式测量设备来解决本领域中的这些和其它需求。在优选实施例中，测量***包括一个或者多个摄像机，所述摄像机位于支柱架处。摄像机位于固定位置中，所述固定位置允许待操作的闩锁的被遮蔽视图。收集并且处理一系列图像，用于识别预期的几何结构和特征组合。从图像获得的数据可以绘制成此时位于支柱架前方的指状件和闩锁的三维表示。需要最少一张图像；然而，可组合更多图像，以增加结果的鲁邦性和确定性。

在另一个实施例中，基于期望的视图和其它可动部件在支柱架上的定位来致动用于摄像机的铰接座架。铰接座架将根据此时支柱架将面对的指状件构造而前往预定的位置。一些模型和/或指梁台构造将不需要其它自由度。

在另一个实施例中，由具有一个或者多个摄像机的专用可动轨道解决本领域中的其它需求，所述摄像机安装在所述可动轨道上、在指梁台的相对侧上、并且位于面向支柱架的立根盒后方。其它集成致动器将使得摄像机从一根指状件移动到下一根指状件，从而使用相同的图像处理技术扫描所有闩锁的状态。

在一特定实施例中，作为基于图像的识别***的附加方案或者替代方案，使用了非接触式深度传感器。该传感器包括激光器或者声纳，用于产生位于支柱架前方中的设备状态的三维表示。

本发明还提供了一种用于监测钻机的指梁台中的多个闩锁的健康状况的***，所述***包括钻机，所述钻机具有钻台、井架、管操纵设备以及至少一个指梁台，所述指梁台具有：至少两根指状件，所述指状件限定狭缝；和多个闩锁，所述多个闩锁布置在所述至少两根指状件之间，以限定用于管的空间，所述多个闩锁中的每个闩锁均能够在打开位置和闭合位置之间选择性地移动；和闩锁控制器，用于在所述打开位置和所述闭合位置之间控制所述闩锁，所述***还包括至少一个摄像机，所述摄像机在视野中具有所述多个闩锁中的至少一个闩锁，捕获所述至少一个闩锁的图像并且将所述图像发送到主控计算机，所述主控计算机编程有一组指令，以分析所述图像的表示所述闩锁处于打开位置或闭合位置中的细节特征，得到所述闩锁处于打开位置或闭合位置中的结论，所述主控计算机从所述闩锁控制器接收信息数据包，所述信息数据包包括所述闩处于打开位置或者闭合位置中的信息，所述主控计算机比较所述信息数据包中的信息与由摄像机获得的结论、并且基于所述比较评估所述至少一个闩锁的健康状况。

可选地，闩锁控制器包括到管操纵计算机中。可选地，如果闩锁的健康状况的评估结果为不健康，则还包括主计算机将表示至少一个闩锁不健康的消息发送到显示装置的步骤。可选地，如果闩锁的健康状况的评估结果为不健康，则还包括主计算机将消息发送到处于远侧位置的闩锁的供应方、远侧位置的维修闩锁的承包人或者钻机上的技术人员的步骤。消息可以是自动产生的邮件的形式，所述邮件由主控制***产生并且具有关于闩锁的序列号、图像的副本和指梁台的细节(例如，安装高度和序列号)、以及钻机的细节的信息，所述信息预先存储在主控计算机的存储器中。

WO 2004/044695公开了一种用于检查钻机的各个零件的健康状况的计算机***。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在将以示例的方式参照附图，其中：

图1是具有钻台的根据本发明的钻机的一部分的侧视图；

图2是处于第一操作步骤中的图1所示钻台的示意性俯视平面图，其中，为了清晰移除了零件；

图3是处于另一操作步骤中的图1所示钻机的侧视图；

图4是本发明的第二实施例的透视图，其示出了处于具有多个钻探管立根的第一操作阶段中的本发明的摄像机布置以及指梁台的一部分；

图5是处于具有多个钻探管立根的第二操作阶段中的、从摄像机的视点获得的图4所示指梁台的透视图；

图5A是如图5所示的指梁台的一部分的放大视图，其中，由虚线表示子图像；

图6是处于打开位置中的沿着图4的线VI-VI获得的指梁台的指状件中的闩锁的侧视图，其中，虚线示出了闭合位置；

图7A、7B和7C示出了位于井架中的图4所示的指梁台的侧视图，所述井架具有根据本发明的用于在海上钻机上使用的管操纵设备，其中没有钻探管立根；

图8是根据本发明的设备的第三实施例的俯视平面示意图；

图9是图8中示出的设备的示意性侧视图；

图10是图8中示出的设备的一部分的示意性放大正视图；和

图11是图10所示的设备的一部分的部分剖开的示意性侧视图；

图12是特别地包封摄像机的壳体的示意图；

图13是位于井架中的图4所示的指梁台的侧视图，所述井架具有根据本发明的管操纵设备，其中没有钻探管立根；

图14是由本发明的***从由在此公开的摄像机中的任意一个获得的图像所识别的视图，所述视图示出了处于打开位置中的闩锁；和

图15是由本发明的***从由在此公开的摄像机中的任意一个获得的图像所识别的视图，所述视图示出了处于闭合位置中的闩锁。

具体实施方式

参照图1至图3，示出了整体由附图标记1表示的钻机的一部分，所述钻机具有钻台2和井架3。钻台2被支撑在地面5上的支腿4上。钻台2具有油井中心6和小鼠洞7和8。铁钻工9和钻探管操纵器10布置成邻近小鼠洞7和8。钻探管走道11邻近钻探管操纵器10而布置在地面5和钻台2之间。

值班室12布置在钻台2的一个角落上，所述值班室通常是用于钻孔者和/或钻井技师的控制室。

两个指梁台13和14固定在井架3中的位于钻台2上方的大约25米的位置处。指梁台13具有11根指状件15至25。指状件15至25中的每个均具有六个闩锁13’(仅仅在指状件25中示出)，所述六个闩锁布置在毗邻的指状件之间，以提供用于六十个钻探管立根26的存储部。类似地，指梁台14能够存储六十个钻探管立根26。摄像机27和28均固定在滑动架29和30上。滑动台架29和30在相应的指梁台13和14前方的路径上沿着水平轨道31和32可动地布置。

管操纵臂布置在指梁台13和14的前部51和52之间的间隙53中。管操纵臂50具有：管夹持器54；第一臂55，所述第一臂枢转连接到管夹持器54；第二臂56，所述第二臂枢转连接到第一臂55；和基部57，所述基部具有转台，其中，第二臂56枢转连接到该转台，以允许进一步的自由度。

在使用中，第一节钻探管33从布置在地面5上的管供应架或者管供应堆移动到钻探管走道11。管操纵器10的管吊卡34从绳35下垂并且位于钻探管34的母扣端(box end)36周围。绳35被牵引到绞车(未示出)上，以从钻探管走道11向上拉动所述第一节33，直到其抵达管操纵器10的支柱38上的滑动架37。绞车(未示出)继续牵引绳35，从而使得滑动架37从支柱38向上移动，直到第一节33的下公扣端39明确位于钻台2上方为止。滑动架37围绕支柱38旋转成与小鼠洞8竖直对准。绞车(未示出)倒退，以使滑动架37下降，从而将第一节钻探管33下放到小鼠洞8中。位于小鼠洞8处的卡盘(未示出)可以用于防止该节钻探管掉落通过钻台2，或者能够使用地面5中的滑靴(未示出)。管吊卡34与第一节钻探管33分离并且返回到图1中示出的位置。第二节钻探管以相同的方式从管供应架或者管供应堆移动，并且围绕支柱38摆动成与小鼠洞6对准。铁钻工9围绕铁钻工支柱40摆动并且在臂41上延伸，以使第一节33与第二节43接合。铁钻工9将第二节钻探管43的公扣端44旋转到第一节33的母扣端36中，然后对连接施以扭矩。第三节钻探管45放置在小鼠洞7中，并且连接的两节33和43由吊卡34提升而且摆动成与小鼠洞7和第一节33的下放到第三节钻探管的母扣端46中的公扣端39对准，并且利用铁钻工9使得它们之间相连，以形成三节钻探管33、43和45的立根26。

立根26由管操纵臂50的管夹持器54拾取并且被放置在指梁台13或14的毗邻的指状件15至25之间，现在将描述其细节。

每个摄像机27和28均分别布置在每个指梁台13和14的前方和上方，以获得位于打开位置和闭合位置中的闩锁的良好视野，在所述打开位置中，能够***管并且移除管；在所述闭合位置中，能够防止从指梁台13和14移除管。每个摄像机27和28均布置在相应的滑动架29和30上，所述滑动架能够可动地布置在轨道31和32上。每条轨道31和32均垂直于指状件15至25，使得在相应的滑动架29和30上的每个摄像机27和28均沿着相应的轨道29和30移动，以获得沿着每根指状件15至25的视野。

在使用中，在一组步骤之后由控制室中的操作者控制管操纵臂50、或者在一组预编程序步骤之后由主控计算机12’控制管操纵臂50，以将钻探管的立根26放回到指梁台13中。所述步骤包括致动管操纵臂50，以使管夹持器54移动，以便接合位于小鼠洞7中的钻探管的立根26。致动管夹持器54，以夹持钻探管的立根26。如果需要，致动管夹持器54中的辊(未示出)，以从小鼠洞7中拉出钻探管的立根，以清空钻台2。然后，管夹持器54移动到位于指梁台13前方(例如位于由指状件20和21限定的狭缝前方)的预定位置。主控计算机自动地致动布置在指状件20和21之间的闩锁组件中的某些，使其移动到打开位置，以便允许钻探管的立根110进入空间176。主控计算机还还控制滑动架29，以使摄像机27沿着轨道31移动到位于由指状件20和21限定的狭缝正前方的位置处。由主控计算机12’控制摄像机27，以捕获沿着狭缝108的闩锁组件的至少一张图像、由摄像机27捕获的代表性图像。主控计算机12’分析所述至少一张图像并且判定是否所有相关闩锁均处于图像中。这可以通过比较该图像和预加载的已知图像来实施。主控计算机还评估闩锁13’中的哪一个应当处于打开位置、以及哪一个应当处于闭合位置中。主控计算机比较这些图像和预加载图像中的打开和闭合的那些，并且寻找指示，诸如在特征件周围的颜色对比(比如，在处于水平和竖直位置中时的闩锁111周围的颜色对比)、或者是在处于打开和闭合位置中时用于闩锁的其它特征部(例如，闩锁中的孔)的指示。摄像机27可以设置有其自己的光源，所述光源指向摄像机的视场，以提高这种对比。一旦主控计算机已经确定闩锁处于打开位置中或者闭合位置，则主控计算机12’使得管操纵设备50能够或者不能够将管操纵臂50上的钻探管的立根26移动进入到设置在指状件20和21之间的空间。

在图4和图7C中示出了本发明的第二实施例，其中，摄像机101固定在图7A中示出的管操纵设备140的位于指梁台102的上方和前方的一部分中。四根指状件103至106相互平行布置，从而限定了三条狭缝107、108和109，以接收钻探管的立根110。每根指状件103均由箱形截面钢梁构造而成，其在第一侧部113上的突出部112上具有闩锁组件111，闩锁组件111的铰接板115固定到所述突出部上。在图6中更加详细地示出了闩锁组件111。闩锁114的第一放大近端117处用铰接销119销连接到铰接板115，而窄化的远端118围绕铰接销119以90度弧移动。闩锁114的厚度基本恒定，使得在侧视图中闩锁114为矩形。闩锁114具有多个孔114’，所述多个孔从前至后延伸通过闩锁114并且形成图案。当闩锁114处于闭合位置中时，闩锁114的远端118可以搁置在指状件103至106的第二侧部121的突出部116上或者毗邻突出部116。双动作式气动柱塞123具有缸体124，其中，下端部可旋转地铰接到凸耳125。凸耳125焊接到指状件106。柱塞125还具有活塞126，所述活塞通过铰接板115中的开口130。活塞126可旋转地销连接在闩锁凸耳127和(未示出)之间。闩锁凸耳127和(未示出)焊接或者用其它方式固定到闩锁114的放大近端117的上表面129或者与所述上表面129形成为一体。气动供应管接头133和134设置成便于通过控制阀(未示出)气动连接到气动流体的供应源(未示出)。在使用中，当活塞126在通过管接头134的压力作用下在气动流体的供应源作用下延伸时，闩锁114围绕铰接销119沿着弧线移动到闭合位置中。在使用中，当活塞126在通过管接头133的压力作用下在气动流体的供应源的作用下缩回时，闩锁114围绕铰接销119沿着弧线移动到打开位置中。

根据本发明，在图7A至图7C中示出了已知为支柱架和指梁架139的管操纵设备140。指梁架139包括竖直对齐的四个指梁台102、154、157、171。

指梁台102固定到井架150上，在钻台151上方的大约25m的高度处。指梁台102的指状件103示出为具有以大约150mm的间距间隔开的闩锁组件111。管操纵设备140具有可旋转的支柱141，所述可旋转的支柱能够围绕竖直轴线旋转。马达142用于使得可旋转的支柱141旋转。可旋转的支柱141布置在钻台151中的支柱顶部处的轨道141’上和支柱底部处的对应轨道141”上，以允许整根支柱沿着指梁台103的前方移动，而同时支柱141保持竖直。应当注意的是，轨道141’垂直于支柱，并且因此支柱沿着该轨道移动到如图7A至C所示的纸页中以及移动离开所述纸页。上部管操纵臂143布置在指梁台102上方。上部管操纵臂143具有固定到可旋转的支柱141的基部单元144。臂145具有枢转地连接到滑动台架146的上端部，所述滑动台架在基部单元144上方沿着固定到可旋转支柱141的竖直轨道147可受控地滑动。臂145的下端部具有管夹持器148，所述管夹持器可枢转地连接到该下端部。支撑臂149的上端部可枢转连接到臂145的中部、而另一端部可枢转地连接到基部144。在被控制***(未示出)致动时，滑动台架沿着竖直轨道上下移动，以使得管夹持器148移动向可旋转支柱141以及移动离开可旋转支柱141。摄像机101布置在基部单元144上，沿着指状件的长度观察，具有介于虚线152和153之间的视野，如图5所示。

第二指梁台154固定到井架150上，位于钻台151上方的大约25m的高度处。第二指梁台与指梁台102类似，所述第二指梁台具有指状件155和闩锁156，所述指状件155和闩锁156与指状件103-106和闩锁组件111类似或者相同。第三指梁台157固定到井架150上，位于钻台151上方的大约18m的高度处。第三指梁台157与指梁台102类似，所述第三指梁台具有指状件158和闩锁159，所述指状件158和闩锁159与指状件103-106和闩锁组件111类似或者相同。下部管操纵臂160基本与上部管操纵臂143类似，所述下部管操纵臂具有固定到可旋转支柱141的基部单元161。臂162具有上端部，所述上端部可枢转地连接到滑动台架163，所述滑动台架沿着固定到基部单元161上方的可旋转支柱141的竖直轨道164可受控地滑动。臂162的下端部具有管夹持器165，所述钻探管夹持器165可枢转地连接到该下端部。支撑臂166的上端部可枢转地连接到臂162的中部，而另一端部可枢转地连接到基部单元161。在被控制***(未示出)致动时，滑动台架163沿着竖直轨道164上下移动，以使得管夹持器165移动向可旋转支柱141以及移动离开可旋转支柱141。两个摄像机167和168固定到基部单元163的底部。第二指梁台的摄像机167具有位于虚线169和170之间的视野。第三指梁台的摄像机168具有位于虚线171’和172之间的视野。

第四指梁台171固定到井架150上，位于钻台151上方的大约8m的高度处。第四指梁台171与指梁台102类似，所述第四指梁台具有指状件172和闩锁173，所述指状件172和闩锁173与指状件103-106和闩锁组件111类似或者相同。

第四指梁台的摄像机174固定到可旋转支柱141。第四指梁台的摄像机174具有介于虚线175和176之间的视野(沿着指状件172’的长度观看)。

闩锁114可选地为红色，指状件102至105为黄色，并且钻探管110,为炮铜灰，以使得颜色形成对比。

摄像机27、101、167、168、171可以包括CCD或者CMOS，其具有彩色成像、全局快门以及大于50db的动态范围、介于30度和40度之间的视角，并且优选地不是鱼眼镜头，并且具有至少每秒7帧的帧速和固定的焦距。

在使用中，在一组步骤之后由控制室中的操作者控制管操纵设备140、或者在一组预先编程步骤之后由主控计算机控制管操纵设备140，以将钻探管的立根110从小鼠洞或者油井中心(未示出)放置在指梁架139中。所述步骤包括：管操纵设备140沿着轨道141’、141”移动到小鼠洞或者油井中心附近的预定位置。管操纵臂143和160被致动，以使管夹持器148和165移动离开旋转支柱141，以接合小鼠洞或者油井中心中的钻探管的立根110。管夹持器148和165被致动，以夹持钻探管立根。致动管夹持器148和165中的辊(未示出)，以根据需要提升钻探管的立根离开小鼠洞，从而清空钻台151。管夹持器148和165连同钻探管的立根一起移动向旋转支柱141。管操纵设备140被沿着轨道141’、142”驱动到指梁架139前方(例如位于狭缝108前方)的预定位置。主控计算机自动致动指梁台154、157和171中的闩锁组件175和相应的闩锁，以移动到打开位置，以便允许钻探管的立根110进入空间176。在使用中，致动双动作式气动柱塞123，以使闩锁114在闭合位置和打开位置之间移动。由主控计算机控制摄像机101，以捕获沿着狭缝108的闩锁组件的至少一张图像。摄像机108位于管操纵设备140的基部单元144上，并且因此方便地与狭缝108对准。在图5中示出了由摄像机101捕获的代表性图像。同时，由主控计算机控制摄像机167、168和174，以捕获指梁台154、157和171中的对应闩锁的至少一张图像。主控计算机分析来自每个摄像机101、167、168和174的所述至少一张图像。主控计算机分析图像并且判定是否所有相关闩锁均处于图像中。这可以通过比较所述图像与预装载的已知图像来实施。主控计算机还评估闩锁中的哪一个应当打开，这在当前情况中，除了闩锁114b之外的所有闩锁皆应当处于闭合位置中。将图像分成如图5A所示的子图像177和178，其中，子图像177和178由虚线限定。主控计算机分析子图像177和178，以寻找这样的指示，所述指示表示闩锁组件175的闩锁114和闩锁组件176的闩锁114’处于打开或者闭合位置中。主控计算机寻找指示，比如在特征件周围的颜色对比(诸如在处于水平和竖直位置中时在闩锁111周围的颜色对比)。光可以设置成与摄像机101在一直线上，以提高这种对比。一旦主控计算机已经确认闩锁114a和114b的位置，则主控计算机允许或者不允许管操纵设备140使钻探管的立根110从狭缝108移开，移开的方法是通过使在将钻探管立根移动到狭缝108中的臂145和162上的管夹持器148和165移动离开可旋转支柱141。在该情况中，在闩锁114b应当处于打开位置中时，闩锁114b被主计算机控制***推断为处于闭合位置中。因此，主控计算机***不允许管操纵设备140使钻探管的立根移动进入空间176。

实施相反程序，用于从指梁架139移除钻探管的立根。

在指梁架139的使用寿命期间，闩锁114和指状件103至106的颜色以及钻探管110的颜色将改变并且有标记，而且具有因碰撞产生的凹痕。此外，灰尘和泥土使颜色模糊不清、并且改变闩锁的轮廓。因此，用算法程控主控计算机，以忽略小差异并且寻找轮廓的显著差异，比如，闩锁外形的整体轮廓处于打开位置和闭合位置。

应当注意的是，第一、第二、第三和第四指梁台可以具有相同的指状件和闩锁布置方案，以容纳钻探管的立根。然而，各指梁台可以具有不同的指状件和闩锁布置方案，以容纳套管、衬管、井下工具、生产油管、立管和其它类型的管。例如，第三和第四指梁台可以具有比第一和第二指梁台更多的指状件，所述更多的指状件以宽间距间隔开，以容纳大直径套管和导向管。

参照图8至图11，示出了本发明的第三实施例，其包括指梁台200的一部分。指梁台200包括指状件201至205，所述指状件的后端固定到井架或者其它钻机结构250，并且所述指状件具有敞开的前端，所述敞开的前端限定了狭缝201’至204’。指状件201至205间隔开，以限定狭缝201’至205’，以便接收套管(未示出)。每根指状件201至205均设置有九个闩锁组件206，其中，毗邻的闩锁组件206沿着指状件201至205的长度间隔开，以便限定用于每根套管的空间。除了闩锁207的形状和尺寸与闩锁114不同的之外，闩锁组件206与闩锁组件111基本类似。闩锁207具有不同样式的孔207’并且孔207’为三角形形状。闩锁207可选地为红色，指状件201至205为黄色，并且套管为炮铜灰，使得颜色形成对比。

摄像机208布置在位于指状件201至205的后端的后方和上方的带齿轨道210上的摄像机滑动架209上。带齿轨道210延伸指梁台200的宽度、并且位于由指状件201至205的顶部限定的水平平面上方的大约1m的位置处。摄像机向下倾斜，以获得由虚线211和212表示的视野。摄像机滑动架209具有驱动马达213，所述驱动马达具有齿轮214，用于接合带齿轨道210，以便沿着带齿轨道驱动摄像机滑动架209。连接板215提供了通信线路和电力线路(未示出)与摄像机208和驱动马达213之间的连接。驱动马达213可以为X型防爆屏蔽电动机或者可以为由液压供应软管驱动的液压马达(未示出)。还提供了用于摄像机208的图像处理单元216，用于收集和存储图像并且将图像发送到主控计算机(未示出)。提供了链型的线缆运输机217，以保持线缆，而与此同时允许摄像机滑动架209沿着带齿轨道210来回移动。

在使用中，在一组步骤之后由控制室中的操作者控制管操纵设备(如图1或者7A至7C所示的管操纵设备)或者在一组预先编程的步骤之后由主控计算机控制管操纵设备，以将套管段从小鼠洞或者油井中心放置在管架中。当管操纵设备具有位于指梁台200的狭缝(比如，狭缝201’)前方的套管立根时，主控计算机自动致动沿着指状件201的闩锁组件206中的至少一个或者多个，以使得闩锁207移动到打开位置，以便允许套管立根进入。由主控计算机致动摄像机滑动架209，以使其沿着轨道210移动，使得摄像机208具有沿着指状件201的视野。由主控计算机控制摄像机208，以捕获沿着狭缝201的闩锁组件的至少一张图像。主控计算机分析所述至少一张图像，以判定所有相关闩锁是否处于图像中。这可以通过比较所述图像与预装载的已知图像来实施。主控计算机还评估应当打开闩锁中的哪一个。所述图像被分成子图像，每个子图像均限定了闩锁组件206和关于所述闩锁的闩锁在其中移动的区域。主控计算机分析子图像，以寻找这样的指示，所述指示表示闩锁组件206的闩锁处于打开或者闭合位置中。主控计算机寻找指示，比如在特征件周围的颜色对比，比如当处于水平和竖直位置中时闩锁周围的颜色对比。光可以设置在摄像机滑动架209上，以便提供与摄像机208在一条直线上的指定频率范围内的光，以提高这种对比。一旦主控计算机确认闩锁组件206的闩锁处于打开位置或者闭合位置，则主控计算机便允许或者不允许套管移动到狭缝201中。

如果认为闩锁组件没有被主控计算机正确地操作，则将通知发送到钻探工或者指定人员，所述钻探工或者指定人员能够在钻机条件适当时解决问题，如参照负面健康状况检查结果而在下文更加详细描述的那样。与此同时，主控计算机认为狭缝不可用并且将不允许套管或者钻探管的立根移动到指梁架中或者从指梁架离开。

本发明人注意到，有益的是检查常规基础上的指梁台的闩锁的健康状况。本发明人注意到，当狭缝107至109排空了钻探管的立根110和其它管的立根时，应当对指状件(诸如指状件103至106)的闩锁114的健康进行检查。主计算机***将管操纵设备139发送到空的指状件103至106并且致动一根指状件，闩锁114中的一些或者所有移动到打开位置。摄像机101捕获健康状况检查图像，并且将健康状况检查图像发送到主控计算机。以与上述确认程序相同的方式处理图像，以确认闩锁中的一个、一些或者所有是否处于打开位置中。主控计算机命令闩锁114中的一个、一些或者所有关闭。主控计算机命令摄像机101捕获另一个健康状况检查图像。以与上述确认程序相同的方式处理图像，以确认闩锁中的一个、一些或者所有处于闭合位置中。如果闩锁114中的一个或者多个没有处于正确位置中，则将负面健康状况检查命令发送到主控计算机。

在另一个健康状况检查实施例中，沿着每根指状件的闩锁组件的3D实时模型将与沿着每根指状件的闩锁组件的原始3D模型比较，并且将被用于对误差和异常进行检查而作为健康状况检查。

能够使用诸如在WO 2004/012040中公开的分级计算机控制***来处理负面健康状况检查结果，以通知正确人员来解决问题。于是，当钻机处于人员能够安全进入钻台时的操作阶段时，能够在适当的时间解决问题。与此同时，主控计算机不允许使用狭缝。

摄像机27、28、101、167、168、174可以是高清晰度闭路电视的灰度或者彩色摄像机。可选地，设置有距离测量装置，比如激光器，使得图像的不同部分均提供有与摄像机相距的距离测量，这有助于区分闩锁组件。

可选地，摄像机27、28、101、167、168、174可以为深度成像摄像机，所述深度成像摄像机用于产生沿着指状件的闩锁组件的三维表示。摄像机可以使用激光反射或者声纳反射，以判定与摄像机相距的距离，以便获得相对差异并且因此构建三维深度图像。

深度成像摄像机可以是立体三角测量类型，其中，两个间隔开的摄像机指向钻机上的同一地点，用于判定现场与所述地点相距的深度。两个间隔开的摄像机可以位于同一摄像机滑动架或者管操纵设备或者臂上。

深度成像摄像机可以为片光三角测量类型，其中，用片光照明该区域，当从光源观察时，所述片光产生反射线。从片光表面之外的任意一点观察，所述反射线将通常表现为曲线，所述曲线的准确形状基于观察者和光源之间的距离、以及光源和反射点之间的距离。通过使用高分辨率摄像机观察反射的片光并且了解摄像机和光源两者的位置和取向，能够判定反射点和光源或摄像机之间的距离。通过使光源(以及通常还有摄像机)或者摄像机前方的景象移动，能够产生景象的一系列深度轮廓。这些深度轮廓能够被表现为2D深度图像。

深度成像摄像机可以为结构光类型，其中，用专门设计的光模式的结构光泛照区域，能够仅仅使用反射光的单张图像来判定深度。结构光能够为水平和竖直线、点或者检测板样式的形式。

深度成像摄像机可以是飞行时间技术，其中，使用光脉冲(可选地利用单个光脉冲)来捕获整个区域，尽管逐点旋转激光束也是一个可选方案。飞行时间摄像机利用专用图像传感器捕获三维的整个区域，并且因此不需要移动部件。具有快速门宽增强型CCD摄像机的飞行时间激光雷达可以实现毫米深度分辨率。利用这种技术，短激光脉冲照射区域，并且增强型CCD摄像机仅仅打开其高速快门数百皮秒。由2D图像序列计算3D信息，所述3D信息随着激光脉冲和快门打开之间逐渐增加的延迟而聚集。参照图12，示出了摄像机250，诸如包封在壳体251中的摄像机27、28、101、167、168、174、301、301’。壳体251可选地被密封，以禁止水进入。壳体251具有窗口252，摄像机250被引导通过所述窗口。窗口252可选地由这样的材料制成，所述材料对由摄像机250的透镜253接收的光的波长具有最小程度的抵抗性并且可选地不会阻碍视野254。壳体251还可选地包封红外摄像机255，所述红外摄像机寻找粘附或者以其它方式附接到闩锁(诸如在此公开的任何闩锁)的红外标记物。红外标记物的示例是红外反射器。红外摄像机将图像转给计算机***CS，所述计算机***CS计算所检测的红外标记物的位置数据。由所述位置数据计算闩锁的打开位置、闭合位置或者中间位置。红外摄像机将不会在所有天气条件下工作或者不会在所有光条件下工作，并且因此可选地用于确认由摄像机250获得的结果。因此，可见光摄像机和红外摄像机彼此互补。

光源260还包封在壳体中并且沿着与照相机250基本相同的方向引导通过窗口252，以为了照射摄像机250的视野254。光源260可以提供处于与摄像机250的频谱相同的整个频谱中的光。可选地，光源260更聚焦并且仅仅照射摄像机250的视野254的一部分。光源260可选地照射视野254中的闩锁314，使得在其上或者其处保持至少350LUX的光强度。窗口252可以设置有擦拭件261、擦拭件马达262和雨水传感器263，用于保持窗口252清洁并且没有灰尘和雨点。

现在参照图13，在管操纵设备340处示出了已知的支柱架和指梁架339。指梁架339包括至少一个指梁台302。

指梁台302固定到井架350上，位于钻台(未示出)上方的大约8m和35m之间的高度处。指梁台302的指状件303示出为具有沿着以大约150mm的间距间隔开的闩锁组件311。每个闩锁组件311均包括闩锁314。管操纵设备340具有可旋转支柱341，所述可旋转支柱341能够围绕竖直轴线旋转。马达342用于使得可旋转支柱341旋转。可旋转支柱341布置在钻台中的支柱顶部处的轨道341’上和支柱底部处的对应轨道(未示出)上，以允许整根支柱沿着指梁台303的前方移动，而与此同时支柱341保持竖直。将注意的是，轨道341’垂直于支柱，并且因此支柱沿着轨道341’移动到以及移动离开如图13所示的纸页。上部管操纵臂343布置在指梁台302上方。上部管操纵臂343具有基部单元344，所述基部单元固定到可旋转支柱341。臂345具有可枢转地连接到滑动台架346上端部，所述滑动台架能够沿着在基部单元344上方固定到可旋转支柱341的竖直轨道347受控地滑动。臂345的下端部具有管夹持器348，所述管夹持器348枢转连接到该下端部。支撑臂349的上端部可枢转地连接到臂345的中部，而另一端部可枢转地连接到基部344。在由控制***CS致动时，滑动台架在竖直轨道中上下移动，以使管夹持器348移动向可旋转支柱341以及移动离开可旋转支柱341。摄像机301布置在基部单元344上，当沿着指状件303的长度观察时，具有与图5所示相类似的位于虚线352和353之间的视野。

第二摄像机301’位于支柱341的顶部处、在固定到支柱34的马达壳体355上，可选地位于顶部轨道341’上。因此，当管夹持器使管移动到指梁台302中的狭缝以及移动离开所述狭缝时，第二摄像机位于指梁台302前方并且位于保持在管夹持器348中的任何管前方。第二摄像机301’被引导成具有示出为虚线356的固定视野。因此，第二摄像机301’将联接到支柱34并且随着其移动，使得第二摄像机将一直处于每排起作用的闩锁组件311的合适位置处。作为替代方案或者附加方案，第二摄像机301’可以安装在旋转设施上，使得第二摄像机301’能够在水平面中以及可选地在竖直面或者水平面和竖直面两者中旋转，以保持或者改变视野254。

控制***CS接收来自摄像机301和301’的图像。控制***可以包括算法，以便使摄像机301’能够看穿指梁台。

在操作中，立根340在指状件303中的预定排的闩锁组件311前方沿着轨道341’移动。在放回管的操作期间，第二摄像机301’将图像反馈到控制***CS，所述控制***CS针对以下各项解释图像：

1、虚幻管检查，而同时臂345收回并且闩锁314保持闭合：从摄像机301’获得图像并且将图像传递到控制***CS。处理所述图像，并且将由控制***CS所产生的反馈信号发送到管架控制***PRCS，所述反馈信号将或为全部清空，或者为设置虚幻管标志。如果全部清空的信号从控制***CS传递到管架控制***PRCS，则PRCS将所需的闩锁314致动打开。如果标记为虚幻管，则该信号被发送到PRCS。PRCS不允许闩锁314打开，并且可选地向操作者发出在指状件中存在非预期管或者其它物体的警报。

2、准备退回到至少一个指梁台302的指状件303之间的预定行的闩锁组件314中，其中，臂345保持收回：从摄像机301’获得图像并且将图像传递到控制***CS。处理所述图像，并且将由控制***CS所产生的反馈信号发送到管架控制***PRCS，所述反馈信号将或为确认闩锁打开，或者为设定闩锁错误的标志。如果确认闩锁314打开，则管架控制***PRCS使臂345移动，以便放回管(未示出)并且闭合闩锁314。

3、结束：从摄像机301’获得图像并且将图像传递到控制***CS。处理所述图像，并且将由控制***CS所产生的反馈信号发送到管架控制***PRCS，所述反馈信号将或为确认闩锁闭合，或者为设定闩锁错误的标志。在前者中，PRCS将允许管夹持器348释放管并且允许管架继续下一操作，诸如，进入到油井中心中以拾取另一根管。在后者中，管夹持器348将不允许释放管，并且向操作者发出警报并且设定运转算法，以不允许在这组闩锁314中实施任何操作。

在拉动操作(获得管)期间，第二摄像机301’反馈到计算机***CS：

1、在开始之前—实施虚幻管检查，而臂345收回并且闩锁314保持闭合。从摄像机301’获得图像并且将图像传递到控制***CS。处理所述图像，并且将由控制***CS所产生的反馈信号发送到管架控制***PRCS，所述反馈信号将或为全部清空，或者为设置虚幻管标志。如果全部清空的信号从控制***CS传递到管架控制***PRCS，则PRCS致动臂348，使其将管夹持器348移动到期望的管。如果标记为虚幻管，则将该信号发送到PRCS。PRCS不允许管臂348移动，并且可选地向操作者发出在指状件中存在未预期的管或者其它物体的警报。

2、准备从至少一个指梁台302中获得管，其中，使管夹持器348夹持或者以其它方式接合指状件303中的管(未示出)，PRCS命令闩锁314打开：从控制***CS反馈到管架控制***PRCS的反馈信号将：或为确认闩锁打开，或者为设定闩锁错误的标志。如果全部清空的信号被从控制***CS传递到管架控制***PRCS，则PRCS致动臂348，以便使管夹持器348移动向支柱，从而随其拉动管并且命令闩锁314闭合。如果由控制***产生了设定闩锁错误标志，则该信号被发送到PRCS。PRCS不允许管臂348移动，并且可选地向操作者发出在指状件中存在非预期的管或者其它物体的警报。

3、结束，其中，在臂348被收回并且在至少一根指梁台中的闩锁314被闭合的条件下，控制***处理由摄像机301’获得的新图像，以便：确认闩锁闭合；或者设定闩锁错误标志。

在上述步骤中，虚幻管检查还可以包括未登记管的检查。

一个摄像机可以用于获得图像，以实施上述步骤中的每一个，尽管可选地可具有针对每个指梁台的单独摄像机。还优选地是具有用于额外备用的第二摄像机，使得如果第一摄像机发生故障，则能够由第二摄像机实施操作。还优选的是具有第二摄像机和第二算法，所述第二算法用于检查第一算法的每个结果。替代地，可以提供单独的摄像机，以针对如上所述的每个步骤或者选择步骤获得图像。另一摄像机301”位于支柱上，在轨道341’下方。在摄像机发生故障或者与另一个算法结合使用以确认或者否认其它摄像机301和301’的结果的情况中，该摄像机301”用于备用。

如果与图7B示出的指梁台154类似，在第一指梁台302下方设置有第二指梁台，则摄像机301’能够具有关于其闩锁的视野。然而，这仅仅能够判定指梁台154上的闩锁在它们应当打开时打开。因此，优选的是，具有针对位于第一指梁台下方的任何第二或者第三指梁台的单独摄像机。

摄像机27、101、167、168、171可以包括CCD或者CMOS，所述CCD或者CMOS具有彩色成像、全局快门以及大于50db的动态范围、介于30度和40度之间的视角、优选地不是鱼眼镜头、具有至少每秒7帧的帧速和固定的焦距。

如图14和15所示的每个闩锁314与图4至图6中示出的每个闩锁114基本类似，其具有额外的标记物370的特征。闩锁314可以是任何颜色，并且可以是红色。标记物370可选地由反射材料(诸如由3M公司提供的商标为Scotchlite^TM、反射材料类型为3150A的白色或者蓝色的SOLAS级压敏粘附银膜反射材料)制成，其还反射红外光。指状件303可以涂刷成黄色，而管通常为炮铜灰，从而形成颜色对比。标记物370可选地为圆形的形式，但是它可以具有任何适当的形状，诸如：方形、三角形、或者多边形。可选地，标记物370具有不同的尺寸和形状，所述尺寸和形状易于与摄像机301、301’、301”的相应视野353、254、356内的其它特征部区分开。

参照图14，示出了摄像机301、301’或者301”的视野中的图像的一部分。控制***CS进行检查，以观察闩锁组件311的闩锁314是否确实打开。控制***CS可选地分析图像，以便寻找标记物370的绝对位置或者相对位置，所述标记物370的绝对位置或者相对位置给出控制***CS正在观察多个闩锁314中的哪一个闩锁314以及闩锁314位于哪一个指状件303上的指示(在图13中没有示出其它指状件，但是所述其它指状件与图5中示出的指状件102至106类似)。一旦标记物370就位，则围绕所述标记物370限定区域369，以便寻找闩锁314的其它特征。可选地，控制***分析图像，以寻找标记物370相对于闩锁314的另一个特征的相对位置。闩锁314的该另一个特征是闩锁的轮廓。闩锁的轮廓表现为矩形轮廓形式的强烈彩色对比。如果标记物370出现在闩锁314的矩形轮廓的长边的顶部处，则闩锁314是打开的。如果标记物370没有出现在闩锁314的矩形轮廓的长边的顶部处，则闩锁是闭合的或者部分闭合的。用于判定标记物370的相对位置的闩锁314的另一个可能特征是铰接销371，所述铰接销371还可以设置有反射性标记物。

参照图15，示出了摄像机301、301’或者301”的视野中的图像的一部分。控制***CS进行检查，以观察闩锁314是否确实闭合。控制***CS可选地分析图像，以便寻找孔375的绝对位置或者相对位置，所述孔375的绝对位置或者相对位置给出哪个闩锁314沿着指状件303的指示。孔通常为圆形，尽管由于摄像机301、301’、301”的相对位置，图像还会将圆孔描绘为椭圆。因此，控制***CS分析图像，以寻找椭圆。可选地，控制***分析图像，以寻找一排椭圆。如果图像包括一排椭圆，则确认闩锁处于闭合位置中。闩锁的确认闩锁闭合的另一个可能特征为所述一排椭圆在闩锁314的轮廓上的相对位置。

Claims (28)

1.一种用于将管放置到钻机的指梁架和从钻机的指梁架移除管的***，所述***包括管操纵设备(140)以及指梁架(139)，所述指梁架具有：至少一个指梁台(102)，所述指梁台具有至少两根指状件(103至106)，所述至少两根指状件限定狭缝(107至109)；和多个闩锁(114)，所述多个闩锁布置在所述至少两根指状件之间，以限定用于管的空间，所述多个闩锁中的每个闩锁(114)均能够在打开位置和闭合位置之间选择性地移动，所述***还包括至少一个摄像机(101)，所述摄像机在视野中具有所述多个闩锁中的至少一个闩锁(114)，所述摄像机捕获所述至少一个闩锁的图像并且将所述图像发送到主控计算机(12’)，所述主控计算机(12’)编程有一组指令，以分析所述图像的表示所述至少一个闩锁(114)处于打开位置或闭合位置中的细节特征，得到所述至少一个闩锁(114)处于打开位置或闭合位置中的结论，并且基于所述结论允许或者不允许管操纵设备将管放置在所述指梁架(139)中或从所述指梁架移除管。

2.根据权利要求1所述的***，其中，所述摄像机(101)是捕获所述图像的高清晰度闭路电视摄像机。

3.根据权利要求1或者2所述的***，其中，所述摄像机(101)是深度成像摄像机，以捕获所述图像。

4.根据权利要求1、2或者3所述的***，其中，所述摄像机(101)布置在所述管操纵设备(140)上。

5.根据权利要求4所述的***，其中，所述管操纵设备包括管操纵臂，所述管操纵臂具有用于夹持管的管夹持设备和固定至支柱的基部，所述摄像机固定至所述基部。

6.根据权利要求1、2或者3所述的***，其中，所述至少一个指梁台(13，14)布置在井架(3)中，所述摄像机(27，28)布置在所述井架的一部分上且位于所述指梁台(13，14)的前方和上方。

7.根据权利要求1、2或者3所述的***，其中，摄像机(208)布置在所述指梁台(200)的后方和上方。

8.根据权利要求6或者7所述的***，其中，所述摄像机(27，28，208)布置在轨道(31，32，210)上。

9.根据任意一项前述权利要求所述的***，其中，分析所述图像的表示所述闩锁(114)处于打开位置或闭合位置中的细节特征的步骤包括分析所述闩锁周围的对比度。

10.根据任意一项前述权利要求所述的***，还包括限定在一个闩锁周围的区域的子图像的步骤，可选地，所述区域足以覆盖处于闭合位置和打开位置中的所述一个闩锁。

11.根据任意一项前述权利要求所述的***，其中，所述管操纵设备由管操纵控制计算机(12’)控制，所述管操纵控制计算机编程有一组指令来发现处于所述指梁台中的管，以便从所述指梁台移除所述管并且将所述管运送到油井中心，所述主控计算机命令所述管操纵控制计算机，使所述管操纵控制计算机基于所述闩锁处于打开位置还是闭合位置中的结论而允许或者不允许所述管操纵设备将管放置到指梁架中或者从指梁架移除管。

12.根据任意一项前述权利要求所述的***，其中，在所述图像之后，从所述摄像机(101)获得所述闩锁(114)的至少一个其它图像，由所述主控计算机(12’)处理所述至少一个其它图像，所述主控计算机编程有一组指令，以分析所述至少一个其它图像的表示所述闩锁(114)处于打开位置或闭合位置中的细节特征，以确认或者否认所述结论。

13.根据任意一项前述权利要求所述的***，其中，所述主控计算机包括寻找闩锁(314)上的椭圆(375)的算法。

14.根据任意一项前述权利要求所述的***，其中，所述闩锁(314)包括标记物(370)。

15.根据权利要求14所述的***，其中，所述主控计算机包括寻找所述闩锁(314)上的标记物(370)的算法。

16.根据任意一项前述权利要求所述的***，其中，所述摄像机(301’)捕获所述指梁架的所述狭缝的图像，并且所述主控计算机(CS)包括寻找虚幻管的算法。

17.根据任意一项前述权利要求所述的***，其中，所述摄像机(301’)捕获所述指梁架的所述狭缝的图像，并且所述主控计算机(CS)包括寻找未登记管的算法。

18.根据任意一项前述权利要求所述的***，其中，所述管是以下中的一种：一节钻探管；钻探管立根；一段套管；具有位于其中或者连接到其上的井下工具的钻探管立根；可选地，所述管是井底组件或者井底组件的部件。

19.一种用于将管放置到钻机的指梁架中和从钻机的指梁架移除管的方法，所述钻机包括：钻台(151)、井架(150)、管操纵设备(140)以及指梁架(139)，所述指梁架具有：至少一个指梁台(102)，所述指梁台具有至少两根指状件(103至106)，所述至少两根指状件限定狭缝(107至109)；和多个闩锁(114)，所述多个闩锁布置在所述至少两根指状件之间，以限定用于管的空间，所述多个闩锁(114)中的每个闩锁(114)均能够在打开位置和闭合位置之间选择性地移动，并且所述钻机还包括至少一个摄像机(101)，所述摄像机在视野中具有所述多个闩锁中的至少一个闩锁(114)，所述方法包括以下步骤：捕获所述至少一个闩锁的图像并且将所述图像发送到主控计算机；所述主控计算机编程有一组指令，以分析所述图像的表示所述至少一个闩锁(114)处于打开位置或闭合位置中的细节特征，得到所述至少一个闩锁(114)处于打开位置或闭合位置中的结论，并且基于所述结论允许或者不允许管操纵设备(140)将管放置在所述指梁架(139)中或者从所述指梁架移除管。

20.一种钻机，所述钻机具有钻台(2)、井架(3)、管操纵设备(50)以及至少一个指梁台(13，14)，所述指梁台具有：至少两根指状件(20，21)，所述至少两根指状件限定狭缝；和多个闩锁(114)，所述多个闩锁布置在所述至少两根指状件之间，以限定用于管(26)的空间，所述多个闩锁中的每个闩锁(114)均能够在打开位置和闭合位置之间选择性地移动，所述***还包括至少一个摄像机(27，28)，所述摄像机在视野中具有所述多个闩锁中的至少一个闩锁(114)，所述摄像机捕获所述至少一个闩锁(114)的图像并且将所述图像发送到主控计算机，所述主控计算机编程有一组指令，以分析所述图像的表示所述至少一个闩锁(114)处于打开位置或闭合位置中的细节特征，得到所述至少一个闩锁(114)处于打开位置或闭合位置中的结论，并且基于所述结论允许或者不允许所述管操纵设备(50)将管(26)放置在所述指梁架(13，14)中或者从所述指梁架移除管。

21.一种用于监测钻机的指梁台(102)中的多个闩锁(114)的健康状况的***，所述***包括钻机，所述钻机具有管操纵设备(140)以及至少一个指梁台(102)，所述指梁台具有：至少两根指状件(103至106)，所述至少两根指状件限定狭缝；和多个闩锁(114)，所述多个闩锁布置在所述至少两根指状件之间，以限定用于管(110)的空间，所述多个闩锁中的每个闩锁(114)均能够在打开位置和闭合位置之间选择性地移动；和闩锁控制器，用于在所述打开位置和所述闭合位置之间控制闩锁(114)，所述***还包括至少一个摄像机(101)，所述摄像机在视野中具有所述多个闩锁中的至少一个闩锁(114)，所述摄像机捕获所述至少一个闩锁(114)的图像并且将所述图像发送到主控计算机(12’)，所述主控计算机(12’)编程有一组指令，以分析所述图像的表示所述至少一个闩锁(114)处于打开位置或闭合位置中的细节特征，得到所述至少一个闩锁(114)处于打开位置或闭合位置中的结论，所述主控计算机(12’)接收来自所述闩锁控制器的数据包中的控制信息，控制信息数据包包括所述闩锁是否已经被控制成处于打开位置或者闭合位置中的信息，所述主控计算机比较所述控制信息与由摄像机获得的结论、并且基于所述比较评估所述至少一个闩锁(114)的健康状况。

22.根据权利要求21所述的***，其中，所述闩锁控制器包含到管操纵计算机中。

23.根据权利要求21或者22所述的***，其中，如果所述至少一个闩锁的健康状况被评估为不健康，则所述***还包括以下步骤：所述主控计算机将表示所述至少一个闩锁(114)不健康的消息发送到显示装置(12”)。

24.根据权利要求21、22或者23所述的***，其中，如果所述至少一个闩锁(114)的健康状况被评估为不健康，则所述***还包括以下步骤：所述主控计算机将消息发送给维修操作人员。

25.根据权利要求24所述的***，其中，所述主控计算机具有预装载的存储器，所述存储器包括关于以下中的至少一个的信息：所述至少一个闩锁；指梁台；管操纵器消息。

26.根据权利要求25所述的***，其中，所述消息包括所述信息，并且可选地包括所述图像或者其它图像的副本。

27.根据权利要求21至25中的任意一项所述的***，其中，在在试运转程序期间，监测多个闩锁(114)的健康状况。

28.根据权利要求21至26中的任意一项所述的***，其中，在所述钻机的操作期间，监测多个闩锁(114)的健康状况。