套管磨損估計的制作方法
【專利說明】套管磨損估計
[000。 發(fā)明背景
[0002] 在油氣勘探和生產(chǎn)時對井筒鉆井時，將對井筒的一部分鉆井且套上套管，且此后 將通過進(jìn)一步鉆井來延長井筒的長度。在進(jìn)一步鉆井期間，鉆柱延伸通過并接觸套管，由所 述鉆柱的接觸可造成套管磨損。套管磨損在井筒的偏離部分（即，井筒中并未垂直定向的 部分）中特別明顯。雖然預(yù)期一定量的套管磨損，但是過量的套管磨損可不利地影響井筒 的結(jié)構(gòu)完整性W及套管承受暴露于套管內(nèi)的高壓的能力（例如，水力壓裂期間，和地層壓 力）兩者。
[0003] 由于井筒的長度和幾何形狀復(fù)雜度隨著鉆井技術(shù)改進(jìn)而增加，現(xiàn)有套管磨損模型 不能精確地預(yù)測套管磨損。
[0004] 附圖簡述
[0005] 為了詳細(xì)地描述示例性實(shí)施方案，現(xiàn)在將參考附圖，其中：
[0006] 圖1是示出了根據(jù)至少一些實(shí)施方案的操作環(huán)境的側(cè)視部分橫截面圖；
[0007] 圖2是示出了根據(jù)至少一些實(shí)施方案的另一操作環(huán)境的側(cè)視部分橫截面圖；
[000引圖3A是示出了井筒內(nèi)的鉆柱的圖的側(cè)視部分橫截面圖；
[0009] 圖3B是示出了井筒內(nèi)的鉆柱的圖的側(cè)視部分橫截面圖；
[0010] 圖4是示出了根據(jù)至少一些實(shí)施方案的示例性靜止套管磨損的井筒的橫截面端 視圖；
[0011] 圖5是示出了根據(jù)至少一些實(shí)施方案的示例性拋物線套管磨損的井筒的橫截面 端視圖；
[0012] 圖6是示出了根據(jù)至少一些實(shí)施方案的示例性楠圓形套管磨損的井筒的橫截面 端視圖；
[0013] 圖7是示出了根據(jù)至少一些實(shí)施方案的示例性余弦套管磨損的井筒的橫截面端 視圖；
[0014] 圖8是示出了根據(jù)至少一些實(shí)施方案的示例性正偏態(tài)套管磨損的井筒的橫截面 端視圖；
[0015] 圖9是概念地示出了靜止套管磨損的值和沖擊套管磨損的組合值達(dá)到根據(jù)至少 一些實(shí)施方案的總計套管磨損的值的方框圖；
[0016] 圖10是示出了根據(jù)至少一些實(shí)施方案的靜止套管磨損、沖擊套管磨損和總計套 管磨損的標(biāo)繪圖；
[0017] 圖11是示出了根據(jù)至少一些實(shí)施方案的鉆管的側(cè)視圖；
[0018] 圖12是示出了根據(jù)至少一些實(shí)施方案的電纜鉆井工具的操作的側(cè)視部分橫截面 圖；
[0019] 圖13是示出了根據(jù)至少一些實(shí)施方案的計算機(jī)系統(tǒng)的方框圖；且
[0020] 圖14是示出了根據(jù)至少一些實(shí)施方案的方法的方框圖。
[0021] 命名和術(shù)語
[0022] 遍及W下描述和權(quán)利要求書使用某些術(shù)語來指代特定系統(tǒng)組件。所屬領(lǐng)域技術(shù)人 員將明白，不同公司可能按不同名稱指代某個組件。此文檔不意在區(qū)分名稱不同但是功能 相同的組件。
[002引在W下討論和權(quán)利要求書中，術(shù)語"包括（including)"和"包括（compring)"是W開放方式使用，且因此應(yīng)被解釋為意指"包括但不限于"。此外，術(shù)語"禪合（couple)"或 "禪合（couples)"旨在意指間接或直接連接。因此，如果第一裝置禪合到第二裝置，那么所 述連接可W是直接連接或經(jīng)由其它裝置和連接的間接連接。
[0024]"靜止套管磨損"應(yīng)意指由鉆柱的外表面與套管的內(nèi)徑之間的接觸而引起的套管 磨損，其中所述接觸在鉆柱的至少一次回轉(zhuǎn)內(nèi)是連續(xù)的。
[00巧]"沖擊套管磨損"應(yīng)意指通過鉆柱的外表面定期地撞擊套管的內(nèi)徑而引起的套管 磨損，其中撞擊的頻率是鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度的函數(shù)。鉆柱的外表面與套管的內(nèi)徑之間的接觸 點(diǎn)處的法向力的變化（其中法向力變化不會造成物理分離）不應(yīng)被視為造成沖擊套管磨 損。
[0026] 關(guān)于橫截面磨損圖案，"正弦"應(yīng)意指具有基于正弦或余弦分布的磨損圖案。
[0027] 關(guān)于與鉆井操作相關(guān)的數(shù)據(jù)，"實(shí)時"應(yīng)意指某個事件或動作的五分鐘內(nèi)產(chǎn)生的數(shù) 據(jù)或所述數(shù)據(jù)的產(chǎn)生的五分鐘內(nèi)接收的數(shù)據(jù)。
[002引組織概述
[0029] 本說明書被組織成多個章節(jié)和子章節(jié)。所述章節(jié)和子章節(jié)的W下概述被提供來輔 助讀者理解所述文檔的組織結(jié)構(gòu)。
[0030] 示例性操作環(huán)境
[0031] 套管磨損模式和模型
[0032] -靜止套管磨損 [003引-沖擊套管磨損 [0034]--拋物線模型 [00對一楠圓形模型 [00 3引一余弦模型 [0037]-正偏態(tài)
[00測-總計套管磨損
[0039] 振動和力幅度
[0040] -基于軟件的確定 [00川-所測量的振動
[0042] 調(diào)整模型
[0043] 示例性計算環(huán)境
【具體實(shí)施方式】
[0044] W下討論是針對本發(fā)明的不同實(shí)施方案。雖然運(yùn)些實(shí)施方案中的一個或多個可 W是優(yōu)選的，但是所公開的實(shí)施方案不應(yīng)被解釋或用作限制本公開內(nèi)容和權(quán)利要求書的范 圍。此外，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，W下描述具有廣泛應(yīng)用，且任何實(shí)施方案的討論只意 指所述實(shí)施方案的實(shí)例，且不旨在暗示本公開內(nèi)容的范圍（包括權(quán)利要求書）被限于所述 實(shí)施方案。
[0045] 不同示例性方法和系統(tǒng)是針對確定總計套管磨損的值。特定地說，示例性方法和 系統(tǒng)組合靜止套管磨損分量和沖擊套管磨損分量W達(dá)到總計套管磨損的值。靜止套管磨損 分量可W被認(rèn)為是通過鉆柱的一部分抵著套管的內(nèi)徑的"連續(xù)"接觸而引起的套管磨損的 所述部分。作為實(shí)例，靜止套管磨損可W發(fā)生在井筒的長的水平段內(nèi)，其中重力使鉆柱鄰接 套管的下部部分。沖擊套管磨損分量可W被認(rèn)為是通過鉆柱抵著套管的內(nèi)徑的重復(fù)撞擊而 引起的套管磨損的部分。作為實(shí)例，沖擊套管磨損可W發(fā)生在鉆柱的遠(yuǎn)端附近，其中旋轉(zhuǎn)失 衡使井底組合件的部分在鉆柱的旋轉(zhuǎn)期間重復(fù)地撞擊套管。本說明書首先參考說明鉆井系 統(tǒng)的描述，且然后提供對說明系統(tǒng)內(nèi)的不同實(shí)施方案的操作的更詳細(xì)解釋。
[004引示例性操作環(huán)境
[0047] 圖1示出了示例性海底鉆井操作。特定地說，圖1示出了用于海底鉆井操作的井 底組合件100,其中井底組合件100說明性地包括鉆柱104的遠(yuǎn)端上的鉆頭102。不同的隨 鉆測井（LWD)和隨鉆測量（MWD)工具還可W禪合在井底組合件100內(nèi)。鉆柱104 (包括井 底組合件100)從鉆井平臺106下降。鉆柱104延伸通過立管108和井口 110。被支撐在吊 架112內(nèi)和周圍的鉆井設(shè)備（關(guān)于圖2更詳細(xì)討論的說明性鉆井設(shè)備）可W使鉆柱104旋 轉(zhuǎn)，且鉆柱104的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動形成井筒114。在圖1的實(shí)例中，鉆柱104延伸通過至少部分由 水泥118說明性地固定在適當(dāng)位置的套管柱116。在示出的實(shí)例中，井筒114延伸超出套管 116的遠(yuǎn)端。
[0048] 根據(jù)至少一些實(shí)施方案，井底組合件100還可包括通信子系統(tǒng)。特定地說，說明性 井底組合件100包括遙測模塊120。遙測模塊120可W通信地禪合到井底組合件100中的 不同的LWD和/或MWD工具且接收由工具測量和/或記錄的數(shù)據(jù)。遙測模塊120可W使用 任何適當(dāng)通信頻道（例如，在鉆柱104中流動的鉆井液內(nèi)的壓力脈沖、通過鉆柱104的管的 聲波遙測、電磁遙測、嵌入在鉆柱104中的光纖，或組合）將測井?dāng)?shù)據(jù)傳達(dá)到地表，且同樣地 遙測模塊124可通過通信頻道中的一個或多個從地表接收信息。
[0049] 圖2示出了示例性陸基鉆井操作。特定地說，圖2示出了裝配有支撐起重機(jī)204 的吊架202的鉆井平臺200。起重機(jī)204懸掛頂部傳動裝置208,且起重機(jī)204和頂部傳動 裝置使鉆柱104旋轉(zhuǎn)并使其下降通過井口 210。鉆井液是由泥漿累214抽送通過流動管路 216、管柱218、碟頸管220、頂部傳動裝置208,且在高壓和體積下順著通過鉆柱104W通過 鉆頭102中的噴嘴或噴口而出現(xiàn)。鉆井液然后經(jīng)由環(huán)形物向上返回行進(jìn)到井筒、通過防噴 器（沒有具體示出）且進(jìn)入地表上的泥坑224。在地表上，鉆井液被清洗且然后再次由泥漿 累214循環(huán)。鉆井液用于對鉆頭102致冷、將鉆屑從井筒的底座攜帶到地表，且平衡巖層中 的靜水壓力。
[0050] 在編碼借助于鉆柱104中的鉆井液傳播到地表的壓力脈沖中的數(shù)據(jù)的遙測模塊 120的說明情況中，換能器236用信號數(shù)字轉(zhuǎn)換器238 (例如，模數(shù)轉(zhuǎn)換器）將壓力信號轉(zhuǎn)換 為電信號。信號數(shù)字轉(zhuǎn)換器238將數(shù)字形式的壓力信號供應(yīng)給地表計算機(jī)240或某個其它 形式的數(shù)據(jù)處理裝置。地表計算機(jī)240根據(jù)軟件（其可W存儲在計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)上） 操作W監(jiān)測并控制鉆井處理，包括用于計算或估計套管磨損（下文更徹底討論）的指令。地 表計算機(jī)240還借助于數(shù)字轉(zhuǎn)換器238通信地禪合到鉆場中和周圍的許多裝置，例如如由 頂部傳動裝置208轉(zhuǎn)動的鉆柱104的旋轉(zhuǎn)速度（每分鐘的回轉(zhuǎn)數(shù)（PRM))和如與起重機(jī)204 相關(guān)的裝置測量的吊鉤重量（與鉆壓有關(guān)）的指示。
[0051] 在一些情況中，示例性實(shí)施方案的套管磨損估計可W顯示在顯示裝置241上。在 仍又其它示例性實(shí)施方案中，地表計算機(jī)240可W將所捜集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到另一計算機(jī)系 統(tǒng)，例如油田服務(wù)提供商的操作中屯、處的計算機(jī)系統(tǒng)242,所述操作中屯、遠(yuǎn)離鉆場。計算機(jī) 系統(tǒng)240與計算機(jī)系統(tǒng)242之間的數(shù)據(jù)通信可W呈任何適當(dāng)形式，例如通過互聯(lián)網(wǎng)、借助于 局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)，或如說明般通過衛(wèi)星244鏈路。與總計套管磨損相關(guān)的一些或所有計算 可W在計算機(jī)系統(tǒng)242處執(zhí)行，且返回中繼到地表計算機(jī)240和顯示裝置241。
[0052] 在示例性系統(tǒng)中，提供到鉆床的總計套管磨損的值可W造成鉆床對與鉆井過程相 關(guān)的鉆井參數(shù)作出改變。目P，當(dāng)針對套管116的一部分預(yù)測過量套管磨損時，鉆床可W作出 改變，例如改變鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度、改變鉆壓和/或使鉆柱脫扣（即，從套管116移除鉆柱）和 改變井底組合件和/或鉆柱的組件。例如，井底組合件100的一部分可W被移除來改變旋 轉(zhuǎn)振動特性或縮短/加長井底組合件100。較短或較長井底組合件100可W抵著套管116 的內(nèi)徑重新定位鉆柱中的工具接頭（下文更多地討論）的接觸點(diǎn)。
[0053] 套管磨損模式和模型
[0054] 本說明書現(xiàn)在參考不同的套管磨損模式的解釋、參考圖2和3A-B的討論。然而， 應(yīng)注意，圖2是針對解釋目的而簡化，且不同組件的相對大小沒有按比例繪制。例如，在實(shí) 際鉆井中