[發明專利]用于套管厚度估算的方法和設備

在審

• 申請號: 201480063576.0
• 申請日: 2014-01-02
• 公開（公告）號: CN105793515A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: R·塞繆爾
• 申請（專利權）人: 界標制圖有限公司
• 主分類號: E21B12/02
• 分類號: E21B12/02;E21B47/024
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 姬利永

背景

由鉆孔鉆鑿和回擴鉆進產生的套管磨損可能對鉆孔套管、內襯和 立管的完整性具有影響。套管磨損可以歸因于較大的鉆頭進尺、較高 的旋轉小時以及鉆柱與套管之間的增強接觸力。由套管磨損產生的、 超過套管壁的容許限制的新月形凹槽可能損害套管完整性并且致使 在到達目標深度之前放棄孔洞。工具接頭磨損也可能由鉆柱與套管之 間的接觸而產生。

附圖簡述

圖1展示壓抵工具接頭的可變形套管的實施方案。

圖2示出用于鉆鑿操作的預規劃的方法的實施方案的流程圖。

圖3示出用于鉆鑿操作的實時分析的方法的實施方案的流程圖。

圖4示出用于鉆鑿操作的后規劃的方法的實施方案的流程圖。

圖5展示可經過操作來執行套管厚度減小估算的系統的實施方 案的方框圖。

圖6示出纜繩系統實施形式。

圖7示出鉆鑿系統實施形式。

詳述

以下詳細描述涉及附圖，所述附圖借助于圖解且以非限制性的方 式來展示其中可以實踐本發明的各種實施方案。充分詳細地描述這些 實施方案以便使本領域技術人員能夠實踐這些和其他實施方案。可利 用其他實施方案，并且可對這些實施方案做出結構、邏輯和電性的改 變。各種實施方案并非必須互相排斥，因為一些實施方案可與一個或 多個其他實施方案進行組合而形成新的實施方案。因此，以下詳細描 述不應以限制性意義來理解。

有時以新月形凹槽形式出現的套管磨損可能是由較大的鉆頭進 尺、較高的旋轉小時和/或鉆柱工具接頭與套管之間的增強接觸力而 產生。赫茲接觸力學可以用來識別可能導致套管開始變形的負載條 件。

圖1示出壓抵可變形套管103的剛性鉆柱工具接頭101。在鉆鑿 操作期間，套管103可以從鉆柱工具接頭101呈現磨損105。

套管體積磨損的速率可以表示為：

其中：

r_tj＝工具接頭的半徑，

L＝工具接頭的鉆鑿距離(ft)，并且

dr/dt＝相對于時間而言由于磨損而導致的半徑變化速率。

如果δ表示由于磨損而磨掉的并且相對于時間而言有所差異的 套管厚度，那么t：

在將等式2代入等式1中之后，等式1變為：

等式3可以重新編排為：

給定以下等式：

將等式5代入等式4中得出：

假設磨損速率在整個套管上、在不同方位角度上都是均勻的，那 么可以假設不同角度位置上的磨損速率是與工具和套管之間的接觸 點上的最大應力成正比。因此：

其中，k＝取決于套管材料和磨損系數的比例常量。

將等式7代入等式6中得出：

工具接頭可以具有硬涂層以便防止關聯鉆桿接觸井眼壁和導致 對工具接頭的過度磨損。然而，硬涂層可能導致套管的磨損，所述磨 損通常稱為“工具接頭硬化帶”。接觸應力可以是工具接頭幾何形狀、 工具接頭硬化帶的材料屬性和/或作用在工具接頭與套管之間的接觸 力的函數。大量循環接觸應力可能導致過度的套管磨損和工具接頭磨 損。因此，物理退化可能在兩個嚙合表面上都會發生，但是可能在較 弱材料(例如，套管)中更為顯著。

由于工具與套管之間的滑動速度，流體彈性動力效應可能出現在 可以改變應力分布的套管元件中。動態負載是可以改變工具與套管之 間的接觸點上的應力的另一因素。此類動態負載可能在鉆柱利用沖擊 負載而不是靜態負載來振動并接觸套管時發生。

在使用經典赫茲方法的情況下，套管與工具接頭之間的接觸點上 的最大壓縮應力可以表達為：

其中：

F_n＝基于鉆柱的位置(例如，傾斜度、方位角)來計算的接觸元件每 單位寬度上的正常負載，

ρ_c,ρ_tj＝套管和工具接頭各自的曲率半徑，

E_c,E_tj＝套管和工具接頭各自的彈性模量，并且

ν_c,ν_tj＝套管和工具接頭各自的泊松比。