套管磨损估计的制作方法
【专利说明】套管磨损估计
[000。 发明背景
[0002] 在油气勘探和生产时对井筒钻井时，将对井筒的一部分钻井且套上套管，且此后 将通过进一步钻井来延长井筒的长度。在进一步钻井期间，钻柱延伸通过并接触套管，由所 述钻柱的接触可造成套管磨损。套管磨损在井筒的偏离部分（即，井筒中并未垂直定向的 部分）中特别明显。虽然预期一定量的套管磨损，但是过量的套管磨损可不利地影响井筒 的结构完整性W及套管承受暴露于套管内的高压的能力（例如，水力压裂期间，和地层压 力）两者。
[0003] 由于井筒的长度和几何形状复杂度随着钻井技术改进而增加，现有套管磨损模型 不能精确地预测套管磨损。
[0004] 附图简述
[0005] 为了详细地描述示例性实施方案，现在将参考附图，其中：
[0006] 图1是示出了根据至少一些实施方案的操作环境的侧视部分横截面图；
[0007] 图2是示出了根据至少一些实施方案的另一操作环境的侧视部分横截面图；
[000引图3A是示出了井筒内的钻柱的图的侧视部分横截面图；
[0009] 图3B是示出了井筒内的钻柱的图的侧视部分横截面图；
[0010] 图4是示出了根据至少一些实施方案的示例性静止套管磨损的井筒的横截面端 视图；
[0011] 图5是示出了根据至少一些实施方案的示例性抛物线套管磨损的井筒的横截面 端视图；
[0012] 图6是示出了根据至少一些实施方案的示例性楠圆形套管磨损的井筒的横截面 端视图；
[0013] 图7是示出了根据至少一些实施方案的示例性余弦套管磨损的井筒的横截面端 视图；
[0014] 图8是示出了根据至少一些实施方案的示例性正偏态套管磨损的井筒的横截面 端视图；
[0015] 图9是概念地示出了静止套管磨损的值和冲击套管磨损的组合值达到根据至少 一些实施方案的总计套管磨损的值的方框图；
[0016] 图10是示出了根据至少一些实施方案的静止套管磨损、冲击套管磨损和总计套 管磨损的标绘图；
[0017] 图11是示出了根据至少一些实施方案的钻管的侧视图；
[0018] 图12是示出了根据至少一些实施方案的电缆钻井工具的操作的侧视部分横截面 图；
[0019] 图13是示出了根据至少一些实施方案的计算机系统的方框图；且
[0020] 图14是示出了根据至少一些实施方案的方法的方框图。
[0021] 命名和术语
[0022] 遍及W下描述和权利要求书使用某些术语来指代特定系统组件。所属领域技术人 员将明白，不同公司可能按不同名称指代某个组件。此文档不意在区分名称不同但是功能 相同的组件。
[002引在W下讨论和权利要求书中，术语"包括（including)"和"包括（compring)"是W开放方式使用，且因此应被解释为意指"包括但不限于"。此外，术语"禪合（couple)"或 "禪合（couples)"旨在意指间接或直接连接。因此，如果第一装置禪合到第二装置，那么所 述连接可W是直接连接或经由其它装置和连接的间接连接。
[0024]"静止套管磨损"应意指由钻柱的外表面与套管的内径之间的接触而引起的套管 磨损，其中所述接触在钻柱的至少一次回转内是连续的。
[00巧]"冲击套管磨损"应意指通过钻柱的外表面定期地撞击套管的内径而引起的套管 磨损，其中撞击的频率是钻柱的旋转速度的函数。钻柱的外表面与套管的内径之间的接触 点处的法向力的变化（其中法向力变化不会造成物理分离）不应被视为造成冲击套管磨 损。
[0026] 关于横截面磨损图案，"正弦"应意指具有基于正弦或余弦分布的磨损图案。
[0027] 关于与钻井操作相关的数据，"实时"应意指某个事件或动作的五分钟内产生的数 据或所述数据的产生的五分钟内接收的数据。
[002引组织概述
[0029] 本说明书被组织成多个章节和子章节。所述章节和子章节的W下概述被提供来辅 助读者理解所述文档的组织结构。
[0030] 示例性操作环境
[0031] 套管磨损模式和模型
[0032] -静止套管磨损 [003引-冲击套管磨损 [0034]--抛物线模型 [00对一楠圆形模型 [00 3引一余弦模型 [0037]-正偏态
[00測-总计套管磨损
[0039] 振动和力幅度
[0040] -基于软件的确定 [00川-所测量的振动
[0042] 调整模型
[0043] 示例性计算环境
【具体实施方式】
[0044] W下讨论是针对本发明的不同实施方案。虽然运些实施方案中的一个或多个可 W是优选的，但是所公开的实施方案不应被解释或用作限制本公开内容和权利要求书的范 围。此外，所属领域技术人员将了解，W下描述具有广泛应用，且任何实施方案的讨论只意 指所述实施方案的实例，且不旨在暗示本公开内容的范围（包括权利要求书）被限于所述 实施方案。
[0045] 不同示例性方法和系统是针对确定总计套管磨损的值。特定地说，示例性方法和 系统组合静止套管磨损分量和冲击套管磨损分量W达到总计套管磨损的值。静止套管磨损 分量可W被认为是通过钻柱的一部分抵着套管的内径的"连续"接触而引起的套管磨损的 所述部分。作为实例，静止套管磨损可W发生在井筒的长的水平段内，其中重力使钻柱邻接 套管的下部部分。冲击套管磨损分量可W被认为是通过钻柱抵着套管的内径的重复撞击而 引起的套管磨损的部分。作为实例，冲击套管磨损可W发生在钻柱的远端附近，其中旋转失 衡使井底组合件的部分在钻柱的旋转期间重复地撞击套管。本说明书首先参考说明钻井系 统的描述，且然后提供对说明系统内的不同实施方案的操作的更详细解释。
[004引示例性操作环境
[0047] 图1示出了示例性海底钻井操作。特定地说，图1示出了用于海底钻井操作的井 底组合件100,其中井底组合件100说明性地包括钻柱104的远端上的钻头102。不同的随 钻测井（LWD)和随钻测量（MWD)工具还可W禪合在井底组合件100内。钻柱104 (包括井 底组合件100)从钻井平台106下降。钻柱104延伸通过立管108和井口 110。被支撑在吊 架112内和周围的钻井设备（关于图2更详细讨论的说明性钻井设备）可W使钻柱104旋 转，且钻柱104的旋转运动形成井筒114。在图1的实例中，钻柱104延伸通过至少部分由 水泥118说明性地固定在适当位置的套管柱116。在示出的实例中，井筒114延伸超出套管 116的远端。
[0048] 根据至少一些实施方案，井底组合件100还可包括通信子系统。特定地说，说明性 井底组合件100包括遥测模块120。遥测模块120可W通信地禪合到井底组合件100中的 不同的LWD和/或MWD工具且接收由工具测量和/或记录的数据。遥测模块120可W使用 任何适当通信频道（例如，在钻柱104中流动的钻井液内的压力脉冲、通过钻柱104的管的 声波遥测、电磁遥测、嵌入在钻柱104中的光纤，或组合）将测井数据传达到地表，且同样地 遥测模块124可通过通信频道中的一个或多个从地表接收信息。
[0049] 图2示出了示例性陆基钻井操作。特定地说，图2示出了装配有支撑起重机204 的吊架202的钻井平台200。起重机204悬挂顶部传动装置208,且起重机204和顶部传动 装置使钻柱104旋转并使其下降通过井口 210。钻井液是由泥浆累214抽送通过流动管路 216、管柱218、碟颈管220、顶部传动装置208,且在高压和体积下顺着通过钻柱104W通过 钻头102中的喷嘴或喷口而出现。钻井液然后经由环形物向上返回行进到井筒、通过防喷 器（没有具体示出）且进入地表上的泥坑224。在地表上，钻井液被清洗且然后再次由泥浆 累214循环。钻井液用于对钻头102致冷、将钻屑从井筒的底座携带到地表，且平衡岩层中 的静水压力。
[0050] 在编码借助于钻柱104中的钻井液传播到地表的压力脉冲中的数据的遥测模块 120的说明情况中，换能器236用信号数字转换器238 (例如，模数转换器）将压力信号转换 为电信号。信号数字转换器238将数字形式的压力信号供应给地表计算机240或某个其它 形式的数据处理装置。地表计算机240根据软件（其可W存储在计算机可读存储介质上） 操作W监测并控制钻井处理，包括用于计算或估计套管磨损（下文更彻底讨论）的指令。地 表计算机240还借助于数字转换器238通信地禪合到钻场中和周围的许多装置，例如如由 顶部传动装置208转动的钻柱104的旋转速度（每分钟的回转数（PRM))和如与起重机204 相关的装置测量的吊钩重量（与钻压有关）的指示。
[0051] 在一些情况中，示例性实施方案的套管磨损估计可W显示在显示装置241上。在 仍又其它示例性实施方案中，地表计算机240可W将所捜集的数据转发到另一计算机系 统，例如油田服务提供商的操作中屯、处的计算机系统242,所述操作中屯、远离钻场。计算机 系统240与计算机系统242之间的数据通信可W呈任何适当形式，例如通过互联网、借助于 局域网或广域网，或如说明般通过卫星244链路。与总计套管磨损相关的一些或所有计算 可W在计算机系统242处执行，且返回中继到地表计算机240和显示装置241。
[0052] 在示例性系统中，提供到钻床的总计套管磨损的值可W造成钻床对与钻井过程相 关的钻井参数作出改变。目P，当针对套管116的一部分预测过量套管磨损时，钻床可W作出 改变，例如改变钻柱的旋转速度、改变钻压和/或使钻柱脱扣（即，从套管116移除钻柱）和 改变井底组合件和/或钻柱的组件。例如，井底组合件100的一部分可W被移除来改变旋 转振动特性或缩短/加长井底组合件100。较短或较长井底组合件100可W抵着套管116 的内径重新定位钻柱中的工具接头（下文更多地讨论）的接触点。
[0053] 套管磨损模式和模型
[0054] 本说明书现在参考不同的套管磨损模式的解释、参考图2和3A-B的讨论。然而， 应注意，图2是针对解释目的而简化，且不同组件的相对大小没有按比例绘制。例如，在实 际钻井中